در جست‌وجوی انرژی پاک در فضا

نیروگاه‌های انرژی خورشیدی نسبت به نیروگاه‌های انرژی بادی ضمن سازگاری بیشتر با محیط‌زیست، کم‌هزینه‌تر و در دسترس‌تر هستند و قابلیت عملیاتی بیشتری نیز دارند. آخرین تحقیقات حوزه فناوری خورشیدی نشان‌می‌دهد که ممکن است بتوان به کمک ماهواره‌هایی که در مدار زمین با استفاده از نور‌خورشید، برق تولید می‌کنند، راه‌حلی برای بحران امنیت انرژی یافت. اواخر ماه نوامبر سال میلادی جاری مصادف با ابتدای آذرماه، نشست مجمع مقامات ارشد وزارت‌های علوم اروپا در پاریس تشکیل خواهد شد. وظیفه این مجمع، تصمیم‌گیری درخصوص فعالیت‌های آینده سازمان فضایی اروپا ESA است. یکی از مواردی که در نشست پیش‌رو مورد بررسی قرار خواهد گرفت، بررسی کامل و امکان‌سنجی طرح آزمایشی احداث نیروگاه تولید انرژی خورشیدی در مدار زمین خواهد بود. در این طرح که با نام «سولاریس» به معنی «خورشید» معرفی می‌شود، ماهواره‌هایی غول‌پیکر با پنل‌های خورشیدی بسیار بزرگ خود، نور خورشید را جذب کرده و آن را به برق تبدیل می‌کنند و سپس به شبکه برق روی زمین ارسال و آن را تغذیه می‌کنند. موفقیت این طرح می‌تواند تا حد قابل‌قبولی به امنیت انرژی اروپا کمک و بحران احتمالی آن را کنترل کند.

در سال ۱۳۳۷/۱۹۵۸، ماهواره آمریکایی «ونگارد‌۱» چهارمین ماهواره پرتاب‌شده به مدار و اولین ماهواره‌ای بود که برای تامین انرژی خود، از نور خورشید بهره می‌برد. هرچند پنل‌های خورشیدی ونگارد ۱ تنها ۹درصد از نور جذب‌شده را به انرژی تبدیل می‌کرد، اما این اقدام سرآغازی برای استفاده از پنل‌های خورشیدی به منظور تولید انرژی در فضاپیما‌ها و ماهواره‌ها بود که کمک شایانی به پیشبرد فناوری صنایع فضایی کرد. امروزه بازده تولید انرژی در پنل‌های خورشیدی به بیش از ۲۰درصد رسیده و هزینه تولید آن‌ها نیز کاهش یافته است.

تجهیزات تولید انرژی خوشیدی

روند تولید انرژی در طول شب یا در روز‌های ابری چگونه خواهد بود؟! این مورد نمونه‌ای از چالش‌های تولید انرژی خورشیدی است. چندی پیش، ند اکینز دوکس، دانشیار دانشکده مهندسی فتوولتائیک و انرژی‌های تجدیدپذیر دانشگاه نیوساوت‌ولز استرالیا به همراه تیم تحقیقاتی خود در پژوهشی موفق به تولید نوعی سلول خورشیدی شده‌اند که می‌تواند به‌جای جذب مستقیم نور خوشید، از امواج فروسرخ بازتاب‌شده برای تولید انرژی استفاده کند. زمین در طول روز انرژی خورشید را به‌صورت انرژی گرمایی در خود ذخیره می‌کند و در طول شب آن را در طول موج فروسرخ به فضا بازتاب می‌کند. این روش فناوری در حقیقت از همین انرژی که در حال هدررفت است، استفاده می‌کند و می‌تواند مشکل تولید انرژی خورشیدی در شب را تا حدودی برطرف کند. نمونه اولیه این دستگاه فقط قادر به تولید چند میلی‌وات انرژی است، اما هدف تیم تحقیقاتی، تولید دستگاهی ۱۰هزار برابر قدرتمندتر از نمونه اولیه است.

مشکل دیگری که تولید انرژی خوشیدی به همراه دارد، باتری کافی برای ذخیره‌سازی انرژی تولید شده است. به گفته ایدن مک‌کلین، مدیر اجرایی یکی از شرکت‌های اجاره خودروی برقی، تا سال۱۴۰۹/۲۰۳۰ اتحادیه اروپا به حدود ۲۰۰ گیگاوات باتری برای ذخیره‌سازی انرژی نیاز پیدا خواهد کرد و این در صورتی است که تا سال۱۴۰۰/۲۰۲۱ تنها ۲.۴گیگاوات باتری ذخیره‌سازی در دسترس داشته است. برای جبران این کمبود، مک‌کلین طرحی به نام «وسیله نقلیه به شبکه» (V ۲ G) را معرفی کرده است. در این طرح، از باتری خودرو‌های برقی برای ذخیره‌سازی انرژی اضافی تولید شده در پنل‌های خورشیدی خانگی استفاده می‌شود؛ سپس در صورت نیاز می‌توان این انرژی ذخیره شده را مجدد به خانه ارسال کرد یا حتی می‌توان آن را به شبکه سراسری برق فروخت.

نیروگاه برق در فضا، راه‌حلی جذاب

تمامی این راه‌حل‌ها عملیاتی و امیدوارکننده به‌نظر می‌رسد، اما مشکل اصلی تولید انرژی خورشیدی روی سطح زمین این است که مولکول‌های جو تقریبا نیمی از پرتو‌های خورشید را از مسیر مستقیم خود منحرف و پراکنده می‌کنند، اما خارج از جو زمین و در فضا، دیگر با چنین مشکلی روبه‌رو نیستیم. از ابتدای شروع عصر فضا که مهندسان از پنل‌های خورشیدی برای تامین انرژی ماهواره‌ها استفاده می‌کردند، رویای ایجاد یک نیروگاه تولید انرژی در فضا نیز شکل گرفت. اساس طرح بسیار ساده است. مجموعه‌ای از ماهواره‌ها با پنل‌های خورشیدی بسیار بزرگ، نور خورشید را جذب و تبدیل به انرژی می‌کنند و سپس به زمین می‌فرستند. اما چگونه انرژی تولید شده را با اتصال بی‌سیم (وایرلس) به زمین بفرستیم؟ از دهه ۱۳۴۰/۱۹۶۰ ماهواره‌های مخابراتی از پنل‌های خورشیدی برای تولید و تامین انرژی مورد نیاز خود استفاده می‌کنند.

پنل‌ها انرژی را به امواج میکرو یا ریزموج تبدیل کرده و سپس به زمین ارسال می‌کنند. آنتن‌های مخابراتی زمینی ریزموج‌های ارسالی را دریافت کرده و مجددا با تبدیل آن به الکتریسیته، سیگنال‌های مخابراتی موجود در آن را شناسایی می‌کنند. سانجی ویجندران، محقق سازمان فضایی اروپا که خود پیشنهاد پروژه سولاریس را ارائه کرده است، می‌گوید: مطالعات فیزیکی پروژه سولاریس دقیقا مشابه با چیزی است که تا امروز در صنایع فضایی از آن استفاده کرده‌ایم، اما مقیاس آن بسیار بزرگ‌تر خواهد بود.

هرچند ایده احداث نیروگاه تولید انرژی خورشیدی در فضا برای دهه‌هاست که مطرح شده است، اما همیشه یک پاسخ قاطع به آن داده شده است؛ هزینه پرتاب چنین تجهیزاتی به فضا بسیار گران است و توجیه اقتصادی ندارد، اما اکنون شرایط کمی متفاوت است. در سال ۱۳۹۴/۲۰۱۵ موشک فالکون۹ متعلق به شرکت اسپیس‌ایکس برای اولین‌بار به فضا پرتاب شد. ویژگی اصلی فالکون ۹قابلیت استفاده مجدد آن است.

به گفته، جان مکینز، فیزیکدان سابق ناسا و رئیس‌کنونی بخش مدیریت نوآوری پروژه بازگشت به ماه آرتمیس، پرتاب فالکون ۹ و استفاده مجدد از آن مانند معجزه است. با وجود موشک‌هایی با قابلیت استفاده مجدد، هزینه ارسال تجهیزات به فضا کاهش چشمگیری خواهد یافت. در حال حاضر هزینه پرتاب هر یک کیلوگرم تجهیزات به فضا در حدود ۱۰۰۰ دلار تخمین‌زده می‌شود که به عقیده مکینز در صورت استفاده از موشک‌هایی مانند فالکون ۹، این رقم تا ۳۰۰ دلار برای هر یک کیلوگرم کاهش خواهد یافت.

در سال ۱۳۹۴ بخش مشاوره شرکت خودروسازی فریزی‌- نش در گزارشی برای دولت بریتانیا شرح می‌دهد: تولید انرژی خورشیدی در فضا از نظر فنی امکان‌پذیر، سازگار با محیط‌زیست، مقرون به‌صرفه و دارای مزایای اقتصادی فراوانی برای بریتانیاست. اوایل شهریور ۱۴۰۱، سازمان فضایی اروپا نیز مطالعات خود در این زمینه را منتشر کرد که ضمن تایید گزارش فریزی‌- نش، نتایج آن را برای کل قاره اروپا مناسب ارزیابی‌کرده است.

آینده تولید انرژی فضایی

چندی پیش سازمان فضایی اروپا از اعضای خود برای مشارکت در برنامه سه ساله «بررسی امکان‌سنجی احداث نیروگاه انرژی خورشیدی در فضا» دعوت کرده‌است تا در نهایت مشخص شود آیا چنین سامانه‌ای از نظر تجاری بادوام و پایدار خواهدبود یا خیر؟! به گفته سانجی ویجندران، سولاریس کمک می‌کند تا پیش از درخواست برای وام‌های چندمیلیارد یورویی، بررسی کنیم آیا این طرح واقعا امکان‌پذیر است یا خیر. چه پروژه سولاریس به نتیجه برسد چه نرسد، نمی‌توان کتمان کرد که آینده تولید انرژی تا حد زیادی در اختیار انرژی خورشیدی خواهد بود. همان‌طور که بحران جنگ اوکراین نشان داد، انرژی خورشیدی می‌تواند راه‌حل بهتری برای ایجاد امنیت انرژی و همچنین کاهش تولید کربن و گاز‌های گلخانه‌ای در سراسر جهان باشد.
البته نباید فراموش کنیم در صورت اجرای عملیاتی این طرح، این مجموعه ماهواره‌های غول‌پیکر با پنل‌های خورشیدی بزرگ خود، درخشش زیادی در گستره آسمان شب خواهند داشت که سبب تخریب این مناظر طبیعی زیبا خواهند شد و در نهایت تاثیر منفی بسیار زیادی در روند کاری تلسکوپ‌های نور مرئی، رصد آسمان شب و عکاسی نجومی خواهد گذاشت.

روزنامه جام جم