نیروگاه‌های خورشیدی فضایی: منبع تولید انرژی آینده

مانند داستان‌های عملی‌تخیلی است: نیروگاه‌های بزرگ خورشیدی شناور در فضا که مقادیر زیادی از انرژی را روانه‌ی زمین می‌کنند. برای مدت زمان طولانی، این مفهوم که اولین‌بار در دهه‌ی ۱۹۲۰ به‌وسیله‌ی دانشمندی روسی به‌نام کنستانتین تسیولکوفسکی مطرح شد، عمدتا الهام‌بخش نویسندگان بود. اگرچه یک قرن بعد، دانشمندان درحال برداشتن قدم‌های بزرگی در تبدیل این ایده به واقعیت هستند. آژانس فضایی اروپا به پتانسیل این تلاش‌ها پی برده است و اکنون به‌دنبال تأمین بودجه چنین پروژه‌هایی است و پیش‌بینی می‌کند اولین منبع صنعتی که ما از فضا به دست خواهیم آورد، «توان ساطع‌شده» خواهد بود.

تغییرات اقلیمی بزرگ‌ترین چالش دوران ما است. از افزایش دمای زمین تا تغییر الگوهای آب‌و‌هوایی، اثرات تغییرات اقلیمی درحال‌حاضر در سراسر زمین احساس می‌شود. غلبه بر این چالش، نیازمند تغییرات اساسی در نحوه‌ی تولید و مصرف انرژی است.

فناوری‌های انرژی تجدیدپذیر در سال‌های اخیر پیشرفت زیادی داشته است و با افزایش کارآیی و کاهش هزینه همراه بوده است. اما یکی از موانع اصلی در پذیرش آن‌ها این واقعیت است که تأمین انرژی آن‌ها پیوسته نیست. مزارع بادی و خورشیدی فقط زمانی‌که باد می‌وزد یا خورشید می‌تابد، انرژی تولید می‌کنند اما ما هر روز بی‌وقفه به برق نیاز داریم. درنهایت قبل از اینکه بتوانیم به منابع تجدیدپذیر تغییر جهت دهیم، باید راهی برای ذخیره‌ی انرژی در مقیاس وسیع پیدا کنیم.

یکی از راه‌های ممکن برای تأمین انرژی، تولید انرژی خورشیدی در فضا است که مزایای زیادی دارد. نیروگاه خورشیدی فضایی می‌تواند در تمام طول روز رو به خورشید بگردد. اتمسفر زمین نیز مقداری از نور خورشید را جذب و منعکس می‌کند، بنابراین، سلول‌های خورشیدی بالای اتمسفر نور خورشید بیشتری دریافت می‌کنند و انرژی بیشتری تولید می‌کنند. اما یکی از چالش‌های اساسی که باید بر آن غلبه کرد، نحوه‌ی سوار کردن، راه‌اندازی و استقرار چنین سازه‌های بزرگی است. یک نیروگاه خورشیدی ممکن است لازم باشد مساحتی در حد ۱۰ کیلومتر مربع (معادل ۱۴۰۰ زمین فوتبال) داشته باشد. استفاده از مواد سبک نیز حیاتی است، زیرا بیشترین هزینه، هزینه پرتاب نیروگاه به فضا است.

وصف یک هنرمند از ماهواه توان خورشیدی 

یک راه‌حل پیشنهادی، ساخت هزاران ماهواره‌ی کوچک‌تر است که گرد هم آمده و برای ایجاد یک مولد خورشیدی بزرگ پیکربندی می‌شوند. در سال ۲۰۱۷، پژوهشگران مؤسسه فناوری کالیفرنیا طرح‌هایی را برای ساخت یک نیروگاه مدولار تهیه کردند که از هزاران کاشی فوق‌العاده سبک سلول خورشیدی تشکیل شده بود. آن‌ها همچنین نمونه اولیه از کاشی را که وزن آن فقط ۲۸۰ گرم در متر مربع بود که مانند وزن یک مقوا است، به نمایش گذاشتند.

اخیرا، پیشرفت در فناوری‌های تولید مانند چاپ سه‌بعدی نیز از این نظر مورد بررسی قرار گرفته است. پژوهشگرانی در دانشگاه لیورپول درحال بررسی فناوری‌های ساخت جدید برای چاپ سلول‌های خورشید فوق سبک برای استفاده روی بادبان‌های خورشیدی هستند. بادبان خورشیدی غشایی تاشو، سبک و بسیار بازتابگر است که می‌تواند از اثر فشار تابش خورشید برای حرکت فضاپیمایی بدون سوخت استفاده کند.

احتمالات به همین‌جا ختم نمی‌شود. درحالی‌که در‌حال‌حاضر برای ساخت نیروگاه‌ها به مواد زمینی متکی هستیم، دانشمندان به فکر استفاده از منابع موجود در فضا مانند موادی هستند که روی ماه یافت می‌شود.

چالش مهم دیگر، بازگرداندن انرژی به زمین است. برنامه، تبدیل برق حاصل از سلول‌های خورشیدی به امواج انرژی و استفاده از میدان‌های الکترومغناطیسی برای ارسال آن‌ها به آنتنی روی زمین است. سپس آنتن امواج را دوباره به برق تبدیل خواهد کرد. پژوهشگرانی تحت هدایت آژانس اکتشافات هوافضای ژاپن قبلا طرح‌هایی را ایجاد کرده‌اند و سیستم مدارگردی را ترسیم کرده‌اند که باید بتواند این کار را انجام دهد.

در این زمینه هنوز کارهای زیادی باید انجام شود اما هدف این است که نیروگاه‌های خورشیدی فضایی در دهه‌های آینده واقعیت پیدا کنند. پژوهشگران در چین سیستمی به‌نام امگا را طراحی کرده‌اند که قرار است تا سال ۲۰۵۰ به بهره‌برداری برسد. این سیستم باید بتواند در اوج عملکرد خود ۲ گیگاوات توان شبکه‌ی زمین را تأمین کند که مقدار عظیمی است. برای تولید این مقدار انرژی با استفاده از صفحات خورشیدی روی زمین، به بیش از ۶ میلیون صفحه‌ی خورشیدی نیاز است. ماهواره‌های توان خورشیدی کوچک‌تر مانند مواردی که برای تأمین انرژی ماه‌پیماها طرحی شده است، حتی زودتر نیز می‌تواند به بهره‌برداری برسد.

در سراسر زمین، پژوهشگران زیادی درحال صرف وقت و تلاش برای ساخت نیروگاه‌های خورشیدی در فضا هستند. آن‌ها امیدوار هستند روزی این فناوری بتواند به ابزار مهمی در مبارزه با تغییرات اقلیمی تبدیل شود.