رقابتی پنهان برای تحقق «انرژی خورشیدی فضایی»

انرژی خورشیدی فضایی در حال بازطراحی برای رسیدن به کاربردی‌ترین حالت خود است و شرکت‌های متعددی در سراسر جهان، تمرکز خود را به توسعه زیرساخت‌های مداری برای تاباندن نور خورشید از مدار زمین برای تولید برق به صورت بی‌وقفه معطوف کرده‌اند.

انرژی خورشیدی فضایی مدت‌هاست که به عنوان راهی برای ارائه انرژی تجدیدپذیر بدون وقفه و مقاوم در برابر تغییرات آب و هوا مطرح شده است. این ایده که اولین بار در سال ۱۹۶۸ توسط پیتر گلیزر(Peter Glaser)، مهندس هوافضا مطرح شد، دهه‌ها در میان هیاهو و شک و تردیدها در نوسان بوده است.

امروزه، موج جدیدی از شرکت‌ها در حال بازنگری در این معماری هستند و از بخش‌هایی از سیستم که اکنون واقعاً قابل ساخت هستند، شروع می‌کنند. به عنوان مثال، شرکت «استار کچر»(Star Catcher) تلاش‌های خود را بر برداشت انرژی در فضا و استفاده از آن متمرکز کرده است. فناوری آن، برق را مستقیماً به ماهواره‌ها، مراکز داده مداری و سایر ماشین‌آلات فضایی ارسال خواهد کرد.

اندرو راش(Andrew Rush)، یکی از بنیان‌گذاران و مدیرعامل این شرکت در مصاحبه‌ای گفت که فناوری این شرکت، گامی ضروری برای رسیدن به انرژی خورشیدی از فضا به زمین است. با این حال، وی معتقد است که این امر به طور بالقوه دهه‌ها طول خواهد کشید.

شرکت‌های دیگری مانند Aetherflux قصد دارند این جدول زمانی را تسریع کنند. این شرکت به جای استفاده از یک آرایه بزرگ برای برداشت انرژی خورشیدی فضایی جهت استفاده در زمین، امیدوار است این کار را با مجموعه‌ای از ماهواره‌های ماژولار انجام دهد.

اگرچه این امر می‌تواند وابستگی ما به سوخت‌های فسیلی را به طرز چشمگیری کاهش دهد، اما سؤالات نظارتی دشواری را در مورد ازدحام بیش از حد مدار زمین مطرح می‌کند.

باز کردن قفل انرژی خورشیدی فضایی

پیتر گلیزر، دانشمند و مهندس هوافضای آمریکایی متولد چکسلواکی در سال ۱۹۶۸، مفهومی را برای برداشت انرژی خورشیدی نامحدود پیشنهاد داد. او پیشنهاد داد که آرایه‌های بزرگ جمع‌آوری انرژی خورشیدی در فضا قرار داده شوند و انرژی از طریق پرتوهای مایکروویو به زمین تابانده شود.

گلیزر در مقاله‌ای که به تفصیل مفهوم وی را شرح می‌داد، ابراز تاسف کرد که پتانسیل عظیم انرژی خورشیدی هنوز مورد استفاده قرار نگرفته است.

اکنون به سال 2026 می‌رسیم و هنوز نیروگاه‌های فضایی عملیاتی برای تغذیه شبکه‌های خود نداریم.

ناسا در گزارشی در سال ۲۰۲۴، چندین شکاف قابل توجه در قابلیت‌ها را شناسایی کرد که مانع پیشرفت در این حوزه می‌شوند. این موارد شامل مونتاژ آرایه‌های بزرگ، عملیات خودکار و چالش عملیات در مدار زمین‌ثابت است که بسیار بالاتر از اکثر ماهواره‌ها در مدار پایین زمین است.

ناسا توضیح داد که با استفاده از فناوری‌های موجود، انرژی خورشیدی مبتنی بر فضا بسیار گران‌تر از انرژی خورشیدی مبتنی بر زمین است. به گفته این آژانس فضایی، کاهش هزینه‌ها نیازمند پیشرفت‌های عمده فناوری است.

با وجود این موانع، چندین شرکت به دنبال بهره‌برداری از پتانسیل انرژی خورشیدی مبتنی بر فضا هستند. برخلاف مزارع خورشیدی روی زمین، انرژی خورشیدی مبتنی بر فضا می‌تواند 24 ساعته و 7 روز هفته برق تأمین کند. این امر تا حدودی به این دلیل است که آرایه‌های خورشیدی متصل به ماهواره‌ها تحت تأثیر آب و هوای زمینی قرار نمی‌گیرند. ضمن اینکه این ماهواره‌ها همچنین می‌توانند در مداری قرار گیرند که آنها را دائماً رو به خورشید نگه دارد.

طبق یک گزارش جدید، انرژی خورشیدی مبتنی بر فضا می‌تواند تا 80 درصد از نیازهای انرژی تجدیدپذیر اروپا را تأمین کند. گزارش دیگری ادعا می‌کند که این فناوری می‌تواند به چگالی انرژی 10 برابر بیشتر از جایگزین‌های زمینی موجود دست یابد. این پتانسیل همچنین منجر به حمایت دولت‌ها به ویژه در چین، ایالات متحده و اروپا شده است.

استفاده از نور خورشید برای افزایش سطح توان فضاپیماها

اندرو راش، مدیرعامل شرکت Star Catcher، چشم‌انداز ناسا را ​​​​به اشتراک می‌گذارد. شرکت وی اخیراً رکورد جهانی جدیدی را برای تابش برق در مسافت طولانی ثبت کرده است.

فناوری شبکه Star Catcher در طول آزمایش‌ها با موفقیت توانست ۱.۱ کیلووات برق را به زمین بتاباند. این تیم با استفاده از اجزای پنل خورشیدی آماده، رکورد قبلی ۸۰۰ وات را که در اختیار آژانس پروژه‌های تحقیقاتی پیشرفته دفاعی ایالات متحده(DARPA) بود، شکست.

راش معتقد است که در کوتاه‌مدت، انرژی خورشیدی مبتنی بر فضا می‌تواند نسل بعدی وسایل نقلیه فضایی و ماهواره‌ها را تأمین کند. این شرکت اساساً یک شبکه برق را به مدار می‌آورد که انرژی لازم برای تأمین انرژی زیرساخت‌های مداری را تولید می‌کند.

وی افزود: شرکت ما از انرژی خورشیدی مبتنی بر فضا برای افزایش سطح توان فضاپیماها استفاده می‌کند. خدماتی که ماهواره‌ها ارائه می‌دهند، مانند GPS، تراکنش‌های مالی، پیش‌بینی آب و هوا، ارتباطات از راه دور و موارد دیگر، زیربنای تمام زندگی مدرن هستند، اما تقاضا برای این خدمات از توانایی‌های فعلی تولید برق ماهواره‌ها پیشی گرفته است.

راش ادامه داد: پنل‌های خورشیدی موجود می‌توانند در صورت دریافت شار خورشیدی بیشتر، به طور تقریباً خطی، انرژی بسیار بیشتری تولید کنند. بنابراین، ما انرژی خورشیدی را متمرکز می‌کنیم تا شاری به ارزش ۱۰ خورشید را به ماهواره‌ها و سایر فضاپیماها بتاباند.

وی افزود: این امر، خدمات فضایی نسل بعدی مانند مراکز داده در فضا، ارتباطات ماهواره‌ای مستقیم به سلول، ایستگاه‌های فضایی بزرگتر، تولید در فضا، رصد زمین با هوش مصنوعی و سنجش از دور در لحظه و کاربردهای امنیت ملی مقاوم‌تر را امکان‌پذیر خواهد کرد.

به گفته راش، شرکت «استار کچر» در مسیر انجام اولین ماموریت نمایشی مداری خود در سال ۲۰۲۶ است. هدف این ماموریت نشان دادن فناوری‌های انرژی بی‌سیم این شرکت در فضا با تاباندن مقادیر قابل اندازه‌گیری انرژی به ماهواره‌ها خواهد بود.

«گامی» به سوی انرژی خورشیدی فضایی

در نهایت، مورد استفاده جایگزین Star Catcher برای انرژی خورشیدی فضایی می‌تواند به رفع آن شکاف‌های قابلیتی که ناسا در گزارش 2024 خود به آن اشاره کرده بود، کمک کند.

همانطور که راش می‌گوید، فناوری این شرکت، گامی ضروری برای تامین انرژی خورشیدی فضایی به زمین است تا بتواند تولید در مقیاس بزرگ در فضا را تأمین کند و تابش انرژی در فضا را اثبات کند.

با این حال، وی معتقد است که عملیات انرژی خورشیدی فضایی که قادر به تابش مداوم انرژی به شبکه باشند، هنوز راه درازی در پیش دارند.

وی توضیح داد: شرکت Star Catcher در حال حاضر بر تابش انرژی به زمین تمرکز ندارد، زیرا ما معتقدیم که این کاربرد به دلیل موانع مهندسی و نظارتی قابل توجه، هنوز چند دهه تا تحقق واقعیت فاصله دارد. در عوض، تنها تمرکز شرکت من، تابش انرژی به ماهواره‌ها برای مأموریت‌هایی مانند مراکز داده مداری، سنجش از دور، تولید در فضا و ایستگاه‌های فضایی است.

سایر شرکت‌ها به دنبال تسریع توسعه انرژی خورشیدی فضایی هستند. برای مثال، شرکت Aetherflux قصد دارد مجموعه‌ای از ماهواره‌های ماژولار را برای مدار پایین زمین بسازد. پیتر گلیزر نیز در پیشنهاد اولیه خود، قرار دادن آرایه‌های بزرگ در مدار زمین‌ثابت را پیشنهاد داده بود.

این ماهواره‌ها از آن نقطه دید بالا می‌توانند دائماً نور خورشید را برداشت کنند، زیرا سایه زمین هرگز آنها را نمی‌پوشاند. این ماهواره‌های بزرگ از فرستنده‌های مایکروویو برای ارسال انرژی به آنتن‌های یکسوساز بزرگ روی زمین استفاده می‌کنند.

در واقع شرکت Aetherflux با استفاده از لیزر فروسرخ برای ارسال برق به زمین، قادر خواهد بود به طور مکرر مجموعه خود را توسعه دهد و به آن اجازه دهد انرژی بیشتری را برداشت کند.

بایجو بات(Baiju Bhatt)، مدیرعامل Aetherflux در مصاحبه‌ای در مورد چالش‌های بهره‌برداری از آرایه‌های بزرگ مدار زمین‌ثابت بحث کرد و گفت: مشاهدات اصلی ما این است که دلیل عدم موفقیت انرژی خورشیدی مبتنی بر فضا این است که این طرح قابل تکرار نیست. یا همه چیز یا هیچ چیز.

مهار نور خورشید در یک فضای شلوغ

شرکت دیگری به نام Reflect Orbital در حال برنامه‌ریزی برای استقرار مجموعه‌ای از آینه‌های مایلار(Mylar) در مدار پایین زمین است. این‌ آینه‌ها نور خورشید را به ایستگاه‌های زمینی منعکس می‌کنند.

هر دو شرکت Reflect Orbital و Aetherflux راه‌حل‌هایی برای مشکل راه‌اندازی خودکار آرایه‌های بزرگ در مدارهای سخت ابداع کرده‌اند. هر دو همچنین قصد دارند در سال ۲۰۲۶، فناوری خود را در فضا به نمایش بگذارند که با وجود پتانسیل موجود، احتمالاً با موانع نظارتی سختگیرانه و مقاومت‌های شدید مواجه خواهند شد.

با بیش از ۸۵۰۰ ماهواره «استارلینک» که در حال حاضر در مدار پایین زمین هستند، شرکت اسپیس‌ایکس با فشار فزاینده‌ای از سوی جامعه علمی به دلیل خراب کردن مشاهدات نجومی روبه‌رو است. در عین حال، صورت‌های فلکی انرژی خورشیدی مبتنی بر فضا می‌توانند ده‌ها هزار ماهواره دیگر را به مدار کم‌ارتفاع زمین که از قبل هم شلوغ بوده است، اضافه کنند. در مورد شرکت Reflect Orbital، آینه‌های آن حتی می‌توانند خطری واقعی برای ستاره‌شناسان ایجاد کنند.

دو اخترشناس به نام‌های مایکل براون (Michael Brown) و متیو کن‌ورثی(Matthew Kenworthy) اخیراً در مقاله‌ای برای The Conversation نوشتند: در اوایل شب، تشخیص ماهواره‌ها و زباله‌های فضایی زیاد طول نمی‌کشد و آنها عمداً طوری طراحی شده‌اند که درخشان نباشند. اما برای هر کسی که از طریق تلسکوپ نگاه می‌کند، سطح هر آینه می‌تواند تقریباً به اندازه سطح خورشید روشن باشد و خطر آسیب دائمی چشم را به همراه داشته باشد.

هیچ راه حل آسانی برای این مشکلات وجود ندارد. با این حال، پشتوانه قابل توجه نشان می‌دهد که رقابت در جریان است. در ماه آوریل بود که شرکت Aetherflux از دور تامین مالی ۵۰ میلیون دلاری خود خبر داد. دو ماه بعد، شرکت Reflect Orbital اعلام کرد که ۲۰ میلیون دلار در سری اول تامین مالی جمع‌آوری کرده است.

در کوتاه مدت، انرژی خورشیدی مبتنی بر فضا می‌تواند نسل بعدی فناوری‌های فضایی را تغذیه کند. با این حال، اگر Aetherflux و Reflect Orbital را باور کنیم، لازم نیست مدت زیادی منتظر بمانیم تا شاهد تحقق رؤیای «پیتر گلیزر» در شکلی کمی متفاوت باشیم.

منبع: ایسنا