نیوزتل: نیوزتل: تابش انرژی خورشیدی از فضا پیش تر یک پدیده علمی-تخیلی به شمار می رفت اما آژانس های فضایی سرتاسر جهان در سالهای اخیر، مطالعاتی را در مورد بررسی امکان ساخت نیروگاه های درحال چرخش در فضا آغاز نموده اند.
به گزارش نیوزتل به نقل از ایسنا و به نقل از اسپیس، به عقیده افراد ذی نفع، اجرای پروژه هایی مانند راه اندازی یک نیروگاه خورشیدی در فضا چالش برانگیز خواهد بود اما از آنجائیکه تلاشهای صورت گرفته در سرتاسر جهان برای مهار تغییرات آب و هوایی همچنان با شکست روبه رو می شوند، این پروژه ها ضروری خواهند بود.
پنل تغییرات آب و هوایی سازمان ملل متحد نشان داده است که جهان هم اکنون در راه گرم شدن تا ۲.۵ درجه سلسیوس تا پایان قرن قرار دارد. این افزایش دما، یک درجه سلسیوس بالاتر از آستانه ایمنی است که جامعه بین المللی علوم آب و هوایی برای پیشگیری از نتایج فاجعه بار تغییرات آب و هوایی در نظر گرفته است.
در واقع برای محدود کردن گرمایش در رسیدن به هر نقطه ای نزدیک به این آستانه، اقتصادهای جهان باید انتشار گازهای گلخانه ای خویش را تا سال ۲۰۳۰، تا ۴۵ درصد کاهش دهند. این به معنای کنار گذاشتن تدریجی خیلی از فناوری های سوخت فسیلی در مدت زمان بسیار کوتاه است. بعنوان مثال، بریتانیا به حداقل ۳۰ تا ۴۰ گیگاوات تولید برق جدید و پایدار نیاز دارد تا به صورت کامل از مشکل تولید برق با سوخت فسیلی خلاص شود. این معادل ساخت بیشتر از ۳۰ بلوک جدید نیروگاه هسته ای است.
نیروگاه های خورشیدی راه اندازی شده در فضا که در معرض تابش دائمی خورشید هستند و با ابر یا مشکلات هوایی که کارآیی آرایه های فتوولتائیک آنها را محدود می کند روبه رو نیستند، می توانند در آینده در این زیرساخت بدون انتشار جایگاهی داشته باشند اما ساخت و نگهداری این ساختارها که انرژی را به شکل امواج مایکروویو به زمین می تابانند، بسیار دشوار خواهد بود.
در این گزارش، مزایا و معایب اصلی این فناوری عرضه شده اند.

مزایا
۱٫ این فناوری کمتر از آن چیزی که تصور می شود، علمی-تخیلی است
«ایان کش»(Ian Cash)، مهندس بریتانیایی اظهار داشت که مفهوم ماهواره انرژی خورشیدی «CASSIOPeiA» او بوسیله ی یک سازمان انرژی فضایی تحت حمایت دولت بریتانیا، بعنوان نقطه آغازی برای نمایش نیروگاه خورشیدی فضایی پذیرفته شده است. کش که مدافع سرسخت این فناوری است، باور دارد که توسعه و ساخت یک نیروگاه خورشیدی در فضا، چالش های کمتری نسبت به هم جوشی هسته ای دارد.
کش در مصاحبه با اسپیس اظهار داشت: ما از دهه ۱۹۷۰، زمانی که ناسا با وزارت انرژی آمریکا یک مطالعه بسیار بزرگ را انجام داد، این مورد را در نظر داشته ایم. ما از زمانی که برای اولین بار یک ماهواره ارتباطی را به مدار زمین ثابت پرتاب کردیم، فیزیک ورای این مورد را ثابت کرده ایم. ما بال های خورشیدی داریم که رو به خورشید هستند و بدنه ماهواره را داریم که رو به زمین است. همه اصول یکسان هستند و ما درحال تبدیل کردن انرژی خورشیدی به الکتریسیته، تبدیل آن به امواج مایکروویو و ارسال آن به زمین هستیم.

۲٫ این فناوری ۱۳ برابر بیشتر از یک نیروگاه زمینی انرژی تولید می کند
ساخت نیروگاه های خورشیدی در فضا مطمئنا کار آسانی نیست اما به نظر می آید که حداقل برای برخی کشورها مزایایی دارد. طرفداران این فناوری ادعا می کنند که یک نیروگاه خورشیدی در مدار زمین، ۱۳ برابر بیشتر از یک نیروگاه مشابه خود در بریتانیا انرژی تولید می کند.
نیروگاه های خورشیدی مبتنی بر فضا به سادگی میزانی از نیرو را تولید می کنند که با برق خروجی نیروگاه های هسته ای مطابقت دارد.
ساخت یک نیروگاه خورشیدی در فضا، هزینه هنگفتی خواهد داشت. با این حال، به قول «اندرو ویلسون»(Andrew Wilson)، پژوهشگر لابراتوار مفاهیم فضایی پیشرفته در «دانشگاه استرثکلاید»(University of Strathclyde)، این نیروگاه بعد از ساخت می تواند بسیار سریع تر از هر فناوری تولید انرژی تجدیدپذیر زمینی، هزینه خویش را پرداخت کند.
۳٫ این فناوری، برق کاملا تمیز را فراهم می کند
انرژی خورشیدی مبتنی بر فضا، مشکلات اصلی بیشتر فناوری های تولید انرژی تجدیدپذیر را ندارد. در فضا خورشید همیشه می درخشد. هیچ ابری هیچگاه مانع رسیدن پرتوهای خورشید به آرایه های فتوولتائیک نمی شود و اگر مدار عاقلانه انتخاب شود، حتی میتوان از مشکلات در ارتباط با شب هم اجتناب کرد. یک نیروگاه خورشیدی در فضا بر خلاف همتای خود در زمین یا یک نیروگاه بادی دور از ساحل، سالانه مقدار ثابتی از انرژی را فراهم می آورد. این نیرو، شبکه های برق زمینی را با سرعت ثابت تغذیه می کند؛ بدون اینکه اپراتورها نگران خاموشی های مزاحم باشند.
با این حال، طرفداران انرژی خورشیدی مبتنی بر فضا انتظار ندارند که الکتریسیته حاصل از آن، انرژی های تجدیدپذیر زمینی را بیرون ببرد. آنها فکر می کنند که انرژی خورشیدی مبتنی بر فضا باید جایگزین نیروگاه هایی شود که هم اکنون برای تأمین نیازهای انرژی در زمانی که خورشید نمی تابد و باد نمی وزد، به کار می روند.
ویلسون اظهار داشت: نکته ای که در مورد انرژی خورشیدی مبتنی بر فضا اهمیت دارد، اینست که میتوان سطوح بسیار بالایی از انرژی را مانند نیروگاه های هسته ای تحویل داد. بدون انرژی خورشیدی مبتنی بر فضا، ما احیانا به دنبال ساخت نیروگاه های هسته ای بیشتری خواهیم بود.

۴٫ این فناوری از درگیری های زمینی در امان است
صدمه رسانی عمدی و آشکار به خطوط لوله گاز «نورد استریم» در دریای بالتیک که جهان را در سپتامبر ۲۰۲۲ شوکه کرد، نشان داد که در دنیای بی ثبات سیاسی محل سکونت ما، اتکا به انرژی بیرونی نسبتا ناامن است.
طرفداران این ایده می گویند که انرژی خورشیدی فضایی از درگیری های بین المللی ایمن است و همچنین، بیشتر از نیروگاه های خورشیدی سنتی روی زمین در امان می ماند.
ویلسون اظهار داشت: اگر پنل های خورشیدی را به صورت راهبردی در مناطق خالی از جمعیت مانند صحرای بزرگ آفریقا قرار دهید، می توانید تمام نیازهای انرژی بشریت را تأمین کنید اما همان چیزی که در مورد روسیه رخ داد، در صورت وقوع جنگ در صحرای بزرگ آفریقا هم امکان دارد برای امنیت انرژی ما اتفاق بیفتد.
بعضی از مخالفان استدلال می کنند که یک نیروگاه خورشیدی فضایی را میتوان به سادگی با موشک های ضد ماهواره مورد حمله قرار داد اما کش با این نظر مخالف است. کش اظهار داشت که ساقط کردن یک سکو در مدار زمین ایستا، خارج از توانایی های کنونی بیشتر ایالت ها است.
وی ادامه داد: مطمئنا خطرهایی وجود دارند اما این خطرها بیشتر از افرادی نیستند که می خواهند به نیروگاه های هسته ای، خطوط لوله گاز یا کابل های فشار قوی بین قاره ها حمله کنند. خیلی از آنها را میتوان به صورت پنهانی مورد حمله قرار داد و مهاجمان به سادگی می توانند مسئولیت پذیرش آنرا انکار کنند اما در فضا، هر حمله ای مستلزم پرتابی است که مطمئنا شناسایی خواهد شد.
ویلسون اظهار داشت: از آنجائیکه هر پروژه نیروگاه خورشیدی فضایی به احتمال زیاد یک تلاش بین المللی خواهد بود، طبیعت بین المللی می تواند یک لایه حفاظتی اضافی را در مقابل تحولات سیاسی ایجاد نماید.

۵٫ زیرساخت های زمینی مزاحمت کمتری نسبت به سایر انرژی های تجدیدپذیر خواهند داشت
نیروگاه های فتوولتائیک روی زمین، مناطق وسیعی از زمین را می بلعند تا یک مقدار منطقی از نیرو را برداشت کنند. مزارع بادی راه اندازی شده در چشم انداز هم غیر قابل چشم پوشی هستند. آنتن های اصلاح کننده مورد نیاز برای دریافت پرتوهای مایکروویو که حامل انرژی خورشیدی تولیدشده در فضا هستند هم ردپای قابل توجهی دارند. در هر حال، کش باور دارد که مزاحمت آنتن های اصلاح کننده بسیار کمتر است و میتوان از آنها برای کاربردهای دیگر در زمین یا دریا هم بهره برد.
۶٫ این فناوری می تواند انرژی هواپیماهای درحال پرواز را تأمین کند
ایده شرکت «ایرباس»(Airbus) در مورد آینده حاکی از اینست که انرژی خورشیدی تولیدشده در فضا می تواند ردپای کربن حاصل از هوانوردی را پاکسازی کند. این گونه نیست که هواپیماها به صورت کامل از سوخت های فسیلی حذف شوند اما این فناوری می تواند مقداری از گازهای گلخانه ای را که هواپیماهای جهان در جو زمین تخلیه می کنند، کم کند.
«ژان دومینیک کاست»(Jean-Dominique Coste)، مدیر ارشد ایرباس اظهار داشت: در آینده همان گونه که به سمت هواپیماهای مبتنی بر هیدروژن و باتری حرکت می نماییم، می توانیم انرژی خورشیدی فضا را برای افزایش برد هواپیماها به کار ببریم. ما می توانیم از این انرژی جهت کمک به برخاستن هواپیما استفاده نماییم چونکه برخاستن، لحظه ای است که بیشتر سوخت مصرف می شود.

معایب
۱٫ یک نیروگاه خورشیدی فضایی باید بسیار بزرگتر از هر ساختاری باشد که قبلا در فضا پرواز کرده است
نیروگاه خورشیدی درحال چرخش باید بزرگ باشد، نه اینکه فقط نور خورشید کافی را جمع آوری کند تا پرارزش شود. محرک اصلی برای اندازه بزرگ، مقدار نیرو نیست، بلکه احتیاج به متمرکز کردن امواج مایکروویو است که انرژی را از راه جو زمین به یک پرتو با اندازه معقول منتقل می کند تا بوسیله ی یک آنتن اصلاح کننده زمینی دریافت شود. کش اظهار داشت: این آنتن های متمرکز صرفاً به علت فیزیکی که با آن سروکار داریم، باید ۱.۶ کیلومتر یا بیشتر عرض داشته باشند.
این اندازه را با اندازه «ایستگاه فضایی بین المللی»(ISS) مقایسه کنید که با ۱۰۸ متر طول، بزرگترین سازه فضایی به حساب می آید که تا به امروز در مدار ساخته شده است. طرفداران انرژی خورشیدی فضایی همگی موافق هستند که نحوه قرار گرفتن چنین نیروگاه هایی در کنار هم، هنوز یک پرسش است.

کش تصریح کرد که مفهوم CASSIOPeiA او، با چندین نیروگاه کوچک تر در بعضی از انواع مدارهای پایین زمین کار می کند. وجود یک نیروگاه نزدیک تر به زمین، به آنتن امکان می دهد تا اندازه کوچکتری داشته باشد و احیانا مقیاس را تا یک دهم آنچه در مدار زمین ایستا مورد نیاز است، می کاهد. از طرفی، یک نیروگاه نزدیک به زمین، هدف آسان تری برای موشک های ضد ماهواره خواهد بود و همچنین، شاید اخترشناسان را آزار دهد چونکه از روی زمین بسیار قابل مشاهده می باشد.
ساخت یک نیروگاه خورشیدی مبتنی بر فضا مستلزم پرتاب صدها موشک است که بسته به نوع موشک مورد استفاده، جو را آلوده می کند و همچنین، به سیستم های رباتیک پیشرفته نیاز دارد که می توانند همه ماژول های سازنده در فضا را کنار هم قرار دهند. کش اظهار داشت که این ساختار رباتیک احیانا بزرگترین مانع برای تحقق این دیدگاه علمی تخیلی است.
۲٫ تبدیل برق به مایکروویو و برگشت آن هم اکنون بسیار ناکارآمد است
شرکت ایرباس که به تازگی نمایش کوچکی را برای تبدیل کردن الکتریسیته حاصل از پنل های فتوولتائیک به امواج مایکروویو و ارسال بی سیم آن به ایستگاه گیرنده در فاصله ۳۶ متری انجام داده است، می گوید که یکی از بزرگترین موانع برای انرژی خورشیدی مبتنی بر فضا، کارآیی فرایند تبدیل است.
برپایه محاسبات ایرباس، امواج مایکروویو حدودا بدون مزاحمت در جو زمین می لغزند و به سختی پنج درصد از انرژی خویش را در طول سفر خود از مدار زمین ایستا از دست می دهند. با تبدیل برق تولیدشده توسط پنل های فتوولتائیک به امواج مایکروویو و سپس تبدیل باردیگر به برق، مقادیر زیادی از انرژی در نیروگاه و آنتن اصلاح کننده از دست می رود.
کاست اظهار داشت: سیستمی که در نمایش ایرباس استفاده شد، کارآیی سرتاسری حدود پنج درصد داشت. این چیزی نیست که از نظر عملیاتی قابل دوام باشد؛ حتی اگر به کار بردن نور خورشید مجانی صورت بگیرد. به جهت اینکه یک نیروگاه خورشیدی مبتنی بر فضا منطقی محسوب شود، بازدهی آن باید حداقل ۲۰ درصد باشد.
۳٫ این فناوری امکان دارد به یک سلاح کشتار جمعی تبدیل شود
برخی نگران هستند که پرتوهای مایکروویو در فضا به سلاح های کشتار جمعی تبدیل شوند و افرادی با اهداف شیطانی از آنها برای سوزاندن انسان های روی زمین با تشعشعات نامرئی استفاده نمایند.
کاست اعتراف کرد که اگر کسی بخواهد چنین سلاحی بسازد، احیانا می تواند. با این حال، پرتوهای مایکروویو حامل انرژی خورشیدی مبتنی بر فضا، از همان ابتدا برای ایمن بودن مهندسی شده بودند. این پرتو برای سلامتی انسان بسیار خطرآفرین است و میزان خطر آن به چگالی نیرویی که حمل می کند، بستگی دارد. میزان خطر را میتوان با طراحی درست محدود کرد.
کاست افزود: ما می توانیم سیستمی را مهندسی نماییم که فقط به سمت گیرنده نشانه گیری شود و اگر به جای دیگری نشانه برود، هیچگاه کار نکند. ما با بعضی از شرکتهای بزرگ انرژی در اروپا روی این مفهوم کار می نماییم و آنها این کار را زیاد مشکل نمی دانند چونکه به مقابله با مشکلات ایمنی در اطراف خطوط برق فشار قوی یا خطوط لوله گاز عادت کرده اند.
۴٫ این فناوری امکان دارد توسط ریزشهاب سنگ ها صدمه ببیند
ساختار وسیع مداری پنل های فتوولتائیک در هم تنیده دائما مورد برخورد ریزشهاب سنگ ها قرار می گیرد و نه تنها صدمه های قابل توجهی را در حین عملیات متحمل می شود، بلکه ایجاد مقادیر زیادی از زباله های فضایی را در این فرایند به همراه دارد.
«تلسکوپ فضایی جیمز وب»(JWST) که آینه ای به عرض ۶.۵ متر دارد، ضربه های قابل توجهی را در اوایل عملیات خود دریافت کرد و گروه کنترل زمینی خویش را بر آن داشت تا برنامه های رصدی را برای پیشگیری از برخورد تنظیم کنند.

مهندسانی که یک نیروگاه خورشیدی فضایی را برای آینده طراحی می کنند، بطور قطع باید ساختاری را با در نظر گرفتن هجوم ثابت ریزشهاب سنگ ها بسازند.
کاست اظهار داشت: برای چرخه حیات ایستگاه، باید آنرا بگونه ای طراحی کرد که امکان نگهداری و تعمیر مداوم را داشته باشد. از آنجائیکه این ساختار بسیار بزرگ است، در بعضی از پنل ها نقص هایی وجود خواهد داشت. طراحی ایده آل آنتن، مدولار خواهد بود تا بتوان پنل ها را جایگزین کرد.
کش اظهار داشت که مهندسان می توانند با ساخت پنل ها از نازکترین مواد ممکن، تولید زباله از پنل های صدمه دیده را حدودا حذف نمایند. وی ادامه داد: اگر ما پنل ها را از نوعی مواد پلیمری بسازیم، چیزهایی مانند ریزشهاب سنگ ها سوراخ می شوند. ما امیدواریم که بتوانیم خطر تولید زباله و همینطور اثرات آن بر نیروگاه را کاهش دهیم. اگر هر یک از ماژول ها را مستقل از ماژول های دیگر بسازیم، تنها چیزی که اتفاق می افتد اینست که یک ضربه، چند عنصر را از بین می برد.
۵٫ در انتهای عمر این فناوری، مقدار زیادی زباله ایجاد می شود
در مورد انتهای عمر نیروگاه خورشیدی فضایی، پرسش های بسیاری وجود دارد. آخر عمر این فناوری چطور سپری می شود؟ برای ماژول های معیوب که باید تعویض شوند، چه اتفاقی می افتد؟ بعد از انتهای عمر این فناوری که شاید بعد از چند دهه تولید برق باشد، چه اتفاقی برای کل آن رخ می دهد؟ آیا ساختاری با عرض ۱.۶ کیلومتر در مدار زمین ایستا رها می شود تا به آرامی با فروپاشی روبه رو شود؟
ویلسون، روش دفع پیچیده تری را پیشبینی می کند که نشان داده است تا وقتی که نیروگاه های خورشیدی مبتنی بر فضا داشته باشیم، به احتمال زیاد زیرساخت های دائمی زیادی را روی ماه خواهیم دید.
ویلسون اظهار داشت: یکی از ایده ها جهت استفاده از ماه در آینده، به کار بردن آن برای پرتاب های فضایی عمیق تر است. همچنین، ما می توانیم نوعی مرکز بازیافت برای پردازش بعضی از مواد در آنجا داشته باشیم.
۶٫ این فناوری امکان دارد به افزایش آلودگی نوری منجر شود
بعضی از اخترشناسان نگران تاثیر چنین ساختارهای غول پیکری هستند که در آسمان شب می چرخند. از زمانی که اولین گروه از مجموعه ماهواره های اینترنتی «استارلینک»(Starlink) شرکت «اسپیس ایکس»(SpaceX) به شکل قطارهای درخشان در آسمان پخش شدند، واکنش های شدید جامعه نجوم را برانگیختند.
«اتحادیه بین المللی اخترشناسی»(IAU)، استارلینک و تلسکوپ های بزرگی را که بخش های وسیعی از آسمان را بررسی می کنند، بعنوان تهدیدی بدتر از آلودگی نوری شهری برای نجوم محکوم نمود.
با این حال، کاست باور دارد که یک نیروگاه در مدار زمین ایستا، به سختی از زمین قابل مشاهده می باشد. کاست اظهار داشت: اگر از زمین به نیروگاه نگاه کنید، آنرا مانند یک ستاره خواهید دید. تنها بخشی از نیروگاه که رو به زمین خواهد بود، آنتن است و نیازی به بازتاب نور ندارد. احیانا می توانیم کاری برای این سیستم انجام دهیم تا میزان نوری را که به زمین می آید، کاهش دهیم.
کش اظهار داشت: کل مفهوم نیروگاه خورشیدی فضایی، جمع آوری و جذب حداکثری نور خورشید است. ما نگرش ثابت خویش را در خصوص همیشه رو به خورشید بودن حفظ می نماییم.

منبع: newstel.ir