راه اندازی نیروگاه خورشیدی مبتنی بر فضا: از رویا تا واقعیت!!

اولین بار فیلم های علمی-تخیلی نویسنده مشهور ایزاک آسیموف، ایده استفاده از انرژی خورشیدی از فضا را مطرح کرد.

ایزاک آسیموف در داستان علمی – تخیلی خود، یک ایستگاه فضایی را ترسیم می کرد که به دور زمین می چرخد. در حین چرخش، ایستگاه انرژی خورشید را جذب کرده و به زمین ارسال می کند. از آن زمان تا کنون بشر در تلاش است که به این رویا دست پیدا کند! آژانس های فضایی در سراسر جهان مشغول کار روی این ایده هستند. پیاده سازی چنین طرح هایی می تواند به راه حلی برای بحران انرژی در زمین تبدیل شود. توضیحات لئوپولد سامرر، رئیس دفتر مفاهیم و مطالعات پیشرفته آژانس فضایی اروپا به ما کمک خواهد کرد که ببینیم چطور یک رویا تبدیل به واقعیت می شود؟

انرژی خورشیدی مبتنی بر فضا

همه ما تا حدودی با مزایای انرژی خورشیدی نسبت به سوخت های فسیلی یا سایر منابع انرژی آشنا هستیم. استفاده از انرژی خورشیدی رایگان، تجدیدپذیر، هزینه تعمیر و نگه داری پایین و آلودگی کمی دارد. علاوه براین، با پیشرفت فناوری ساخت پنل های خورشیدی، می توان انرژی بیشتری را ذخیره کرد. با این حال این فناوری بدون مشکل نیست! یکی از بزرگترین مشکلات آن مربوط به ذخیره سازی می شود. با توجه به گردش زمین، انرژی خورشیدی فقط در ساعت های خاصی ذخیره می شوند. به همین علت برای تامین انرژی مورد نیاز در طول شب باید از باتری های بزرگی برای ذخیره سازی استفاده کرد. مشکل بعدی مربوط به تغییرات آب و هوایی می شود. آب و هوای ابری میزان انرژی ذخیره شده را کاهش می دهد.

اگر می توانستیم یک نیروگاه خورشیدی در فضا بسازیم، با هیچکدام از این مشکل ها مواجه نبودیم. نیروگاه خورشیدی در فضا می تواند 24 ساعت شبانه روز انرژی خورشیدی را ذخیره کند بنابراین، نیازی به باتری های بزرگ ندارند. به علاوه، انرژی برق تولید شده را می توان در این روش به مکان هایی که به انرژی زیادی نیاز دارند مانند شهرهای بزرگ، مستقیم ارسال کرد.

شاید این ایده به نظر شما خیلی از واقعیت دور است اما، غیر ممکن نیست! سامرر گفت:" این فناوری به بسیاری از مشکلات فعلی ما از تغییرات آب و هوا گرفته تا بحران انرژی کمک می کند. شاید تصور یک نیروگاه خورشیدی فضایی در حال چرخش به دور زمین است خنده دار به نظر برسد. اما اگر درست به این موضوع نگاه کنیم تفاوتی با فناوری های فضایی که ما هم اکنون در حال استفاده از آن هستیم، ندارد. فضاپیماهای ما همه با پنل های خورشیدی کار می کنند. بنابراین، ما همین حالا هم از این نیروگاه های انرژی خورشیدی به صورت محلی در فضا استفاده می کنیم." پنل های خورشیدی نیروگاه های بزرگ به پنل های خورشیدی بزرگتری نسبت به پنل های فعلی موجود در فضاپیماها نیاز دارد. دانشمندان برای مدیریت ولتاژ بالا در نیروگاه باید سخت افزار جدیدی طراحی کنند. یک راه حل دیگر هم وجود دارد: توسعه تدریجی نیروگاه! یعنی به جای پیدا کردن راه حل های جدید، فناوری فعلی را توسعه دهیم.

یکی دیگر از مشکلاتی که با آن مواجه هستیم، بحث انتقال انرژی است. از چه طریقی باید انرژی را از ایستگاه فضایی به زمین منتقل کرد؟ خب یکی از روش ها استفاده از امواج مایکروویو یا لیزر برای انتقال بی سیم است. چنین فناوری در چند سال گذشته روی نیروگاه های زمینی آزمایش شدند. اگر بتوانیم این کار را در زمین انجام دهیم پس، در فضا هم امکانپذیر است. البته ساخت چنین نیروگاه هایی کار ساده ای نیست. مشکل بعدی اینجاست که چگونه سازه ای به بزرگی یک نیروگاه را می توان در مدار زمین قرار داد! اگر نیروگاه دچار نقص فنی شود، چگونه باید ان را برطرف کرد؟! بسیاری از طرفداران انرژی خورشیدی مبتنی بر فضا معتقدند ما باید به جای ساخت یک نیروگاه بزرگ، تعداد زیادی ماهواره بسازیم. اگر مشکلی در یکی از آنها رخ دهد، ماهواره های دیگر می توانند همچنان به کار خود ادامه دهند.یکی از چالش‌های پیش روی جمع‌آوری انرژی خورشیدی از فضا، انتقال بی‌سیم آن به زمین است. فناوری‌های فعلی انتقال برق بی‌سیم تا حد زیادی کارآمد هستند اما، برای استفاده عملی نیاز به بهبود دارند.

از لحاظ منطقی نیروگاه‌های خورشیدی فضایی باید در پایین ترین مدار زمین و در ارتفاعی حدود 500 مایلی قرار بگیرند. در این ارتفاع، انتقال برق بی‌سیم به زمین کار سختی است. برای غلبه بر این چالش، نیاز به افزایش کارایی انتقال برق بی‌سیم و استفاده از آنتن‌های خیلی قوی در ایستگاه‌های فضایی داریم. سامرر در ادامه می گوید: «فناوری لازم برای انجام چنین کاری را نداریم، اما خیلی دور از دسترس نیست. ما نمی‌توانیم همین فردا این سیستم را راه اندازی کنیم، اما هیچ مشکلی برای توسعه فناوری‌های کلیدی مورد نیاز آن نداریم.»

علاوه بر چالش‌های فناوری، جمع‌آوری انرژی خورشیدی از فضا با چالش‌های اجتماعی و زیرساختی هم دست به گریبان است. حتی اگر دانشمندان بتوانند انرژی خورشیدی مبتنی بر فضا را به روش کارآمدی ذخیره کنند باز هم، به زیرساخت های جدیدی در زمین برای انتقال این انرژی به مکان های مورد نظر نیاز خواهد بود. سئوال اینجاست: چه کسی هزینه ساخت آن را پرداخت می کند؟

به عقیده سامر؛ این پروژه باید در سطح بین‌المللی اجرا شود زیرا، به نفع همه خواهد بود. همکاری بین‌المللی بین کشورها و آژانس‌های فضایی می‌تواند بودجه مورد نیاز ساخت و پرتاب این فناوری را تامین کند. اما مهم ترین مسئله همکاری دو ابر قدرت جهان یعنی چین وایالات متحده است. اگر آنها در این پروژه همکاری نکنند مراحل پیشرفت پروژه به کندی خواهد بود. آژانس فضایی اروپا به تازگی دو قرار در زمینه مطالعه مفهومی انرژی خورشیدی مبتنی بر فضا تحت عنوان SOLARIS امضا کرده است. نتایج این مطالعه ها می تواند سرنوشت نهایی این روش نوآورانه را مشخص کند.