إن فكرة التقاط ضوء الشمس في الفضاء وإرساله إلى الأرض كانت منذ فترة طويلة مادة من الخيال العلمي. ولكن كما جون كارترايت كما اكتشف أن الحكومات في جميع أنحاء العالم تأخذ الآن "الطاقة الشمسية الفضائية" على محمل الجد كحل محتمل لاحتياجاتنا من الطاقة
تخيل عالم الفيزياء النظرية فريمان دايسون ذات مرة حضارة فضائية كانت متقدمة جدًا لدرجة أنها أحاطت نجمها الأم بقشرة صناعية عملاقة. السطح الداخلي لهذا "مجال دايسون" سوف تقوم بالتقاط الإشعاع الشمسي ونقله نحو نقاط التجميع، حيث سيتم تحويله إلى طاقة قابلة للاستخدام. تظل هذه الفكرة خيالًا علميًا، ولكن هل يمكن استخدام مبدأ مماثل على نطاق أصغر بكثير لتسخير قوة شمسنا؟
ففي نهاية المطاف، خلف السحب، وفي التوهج الليلي للفضاء القريب من الأرض، هناك قدر من الطاقة الشمسية غير المنقطعة أكبر مما قد تحتاج إليه البشرية واقعياً لقرون قادمة. ولهذا السبب، ظل مجموعة من العلماء والمهندسين، لأكثر من 50 عامًا، يحلمون بتقنيات لالتقاط هذه الطاقة في الفضاء وإرسالها إلى الأرض.
"الطاقة الشمسية الفضائية"، كما هو معروف، لها فائدتان كبيرتان مقارنة بالطرق التقليدية للاستفادة من الشمس والرياح. أولاً، إن وضع قمر صناعي لالتقاط ضوء الشمس في الفضاء يعني أننا لن نحتاج إلى تغطية مساحات شاسعة من الأرض على الأرض بالألواح الشمسية ومزارع الرياح. ثانيًا، سيكون لدينا إمدادات كافية من الطاقة حتى عندما يكون الجو ملبدًا بالغيوم أو تتلاشى الرياح، على الرغم من الظروف الجوية المحلية.
وهذه هي مشكلة الطاقة الشمسية وطاقة الرياح هنا على الأرض: لا يمكنها أبدًا تلبية احتياجاتنا من الطاقة على أساس ثابت، حتى لو تم توسيعها بشكل كبير. وقد قدر الباحثون في جامعة نوتنغهام العام الماضي أنه إذا اعتمدت المملكة المتحدة بشكل كامل على هذه المصادر المتجددة، فسوف تحتاج البلاد إلى تخزين أكثر من 65 تيراواط/ساعة من الطاقة. وسيكلف ذلك أكثر من 170 مليار جنيه استرليني، أي أكثر من ضعف تكلفة شبكة السكك الحديدية عالية السرعة المقبلة في البلاد (أسواق الطاقة 14 8524).
من المؤسف أن معظم الجهود الرامية إلى إنتاج الطاقة الشمسية في الفضاء واجهت مشاكل فنية واقتصادية تبدو مستعصية على الحل. لكن الزمن يتغير. إن تصميمات الأقمار الصناعية المبتكرة، فضلاً عن تكاليف إطلاقها المنخفضة كثيراً، أصبحت فجأة تجعل الطاقة الشمسية في الفضاء تبدو وكأنها حل واقعي. اليابان وقد كتبه في القانون باعتباره هدفا وطنيا، في حين أن وكالة الفضاء الأوروبية وقد وجهت دعوة للأفكار. الصين و الولايات المتحدة كلاهما بناء مرافق الاختبار.
على صعيد آخر، استشارة نشرتها حكومة المملكة المتحدة في عام 2021 وخلص إلى أن الطاقة الشمسية الفضائية مجدية تقنيا واقتصاديا. ومن المثير للاهتمام أنها رأت أن هذا الحل التكنولوجي يمكن وضعه موضع التنفيذ قبل عشر سنوات من هدف "صافي الصفر" الذي حددته الهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ بحلول عام 10. إذن، هل الطاقة الشمسية الفضائية هي الحل لمشاكل مناخنا؟ وإذا كان الأمر كذلك، فما الذي يمنع أن يصبح حقيقة؟
أحلام الفضاء
تم ابتكار المفهوم الأصلي للطاقة الشمسية من الفضاء في عام 1968 من قبل بيتر جلاسر، وهو مهندس أمريكي في شركة آرثر دي ليتل الاستشارية. لقد تصور وضع قمر صناعي ضخم على شكل قرص في مدار ثابت بالنسبة للأرض على ارتفاع حوالي 36,000 كيلومتر فوق الأرض. (علوم 162 857). وسيكون القمر الصناعي، الذي يبلغ قطره حوالي 6 كيلومترات، مصنوعًا من الألواح الكهروضوئية لجمع ضوء الشمس وتحويله إلى طاقة كهربائية. سيتم بعد ذلك تحويل هذه الطاقة إلى موجات ميكروويف باستخدام مضخم أنبوبي وإرسالها إلى الأرض عبر جهاز إرسال يبلغ قطره 2 كم.
إنه الشكل الوحيد للطاقة الخضراء والمتجددة مع القدرة على توفير طاقة كهربائية أساسية مستمرة.
كريس رودنبيك، مختبر أبحاث البحرية الأمريكية
جمال الموجات الميكروية هو أنها لا تمتصها السحب هنا على الأرض، وبالتالي فإنها تمر بشكل كبير (وإن لم يكن كليًا) عبر غلافنا الجوي دون عوائق. وتصور جلاسر أن يتم جمعها بواسطة هوائي ثابت يبلغ قطره 3 كيلومترات، حيث سيتم تحويلها إلى كهرباء للشبكة. وكتب: "على الرغم من أن استخدام الأقمار الصناعية لتحويل الطاقة الشمسية قد يستغرق عدة عقود، إلا أنه من الممكن استكشاف جوانب عديدة من التكنولوجيا المطلوبة كدليل للتطورات المستقبلية".
كان رد الفعل الأولي إيجابيًا في بعض الأوساط على الأقل، حيث منحت وكالة ناسا شركة جلاسر، آرثر دي ليتل، عقدًا لمزيد من الدراسة. ومع ذلك، على مر السنين، تراوحت استنتاجات الدراسات اللاحقة حول الطاقة الشمسية الفضائية من الإيجابية بحذر إلى السلبية ظاهريًا.
1 قمر صناعي متعدد المفاصل للطاقة الشمسية (MR-SPS)
يعتمد مفهوم الطاقة الشمسية الفضائية على المقترحات الأصلية لعام 1968 التي وضعها المهندس الأمريكي بيتر جلاسر. يُعرف باسم القمر الصناعي للطاقة الشمسية متعدد المفاصل (MR-SPS)، وقد تم اختراعه في عام 2015 من قبل هو شينبين وآخرين في الأكاديمية الصينية لتكنولوجيا الفضاء في بكين. وسيتحرك القمر الصناعي الذي يبلغ وزنه 10,000 آلاف طن، ويبلغ عرضه حوالي 12 كيلومترًا، في مدار ثابت بالنسبة للأرض على ارتفاع 36,000 ألف كيلومتر تقريبًا فوق الأرض، حيث يتم جمع ضوء الشمس بواسطة الألواح الشمسية وتحويله إلى موجات ميكروويف يتم إرسالها إلى الأرض بواسطة جهاز إرسال مركزي. للسماح بنقل الطاقة إلينا باستمرار، يمكن للألواح الكهروضوئية أن تتحول لمواجهة الشمس بالنسبة إلى جهاز الإرسال المركزي، الذي يواجه الأرض دائمًا. يتم توصيل الألواح الشمسية وجهاز الإرسال بواسطة سقالة مستطيلة مفردة. وعلى عكس التصاميم المنافسة، فإن مفهوم MR-SPS لا يعتمد على المرايا.
في عام 2015، على سبيل المثال، لم تتلق التكنولوجيا أكثر من حكم فاتر في تقرير من معهد الدراسات الاستراتيجية (SSI) التابع للكلية الحربية للجيش الأمريكي، التي أشارت إلى "عدم وجود دليل مقنع" على أن الطاقة الشمسية الفضائية يمكن أن تكون قادرة على المنافسة اقتصاديًا مع توليد الطاقة الأرضية. وانتقدت مباحث أمن الدولة بشكل خاص "الافتراضات المشكوك فيها" التي قدمها أنصارها فيما يتعلق بإرسال مثل هذا الهيكل الضخم إلى الفضاء. ببساطة، ذكر التقرير أنه لا يوجد ما يكفي من مركبات الإطلاق، وأن تلك المتوفرة باهظة الثمن.
ولكن الحكم الأقل توهجاً الذي أصدرته مباحث أمن الدولة جاء قبل الشركات الخاصة ـ وخاصة (سبيس اكس) - بدأت في تحويل صناعة الفضاء. ومن خلال الجمع بين أنظمة الصواريخ القابلة لإعادة الاستخدام وأسلوب التجربة والخطأ في البحث والتطوير، تمكنت الشركة الأمريكية، على مدى العقد الماضي، من خفض تكلفة الإطلاق إلى مدار قريب من الأرض بأكثر من 10 أضعاف (لكل كيلوغرام من الحمولة). )، مع خطط لتخفيضه بدرجة أكبر. ما اعتبره مباحث أمن الدولة قيدًا رئيسيًا على تكاليف الإطلاق لم يعد يمثل مشكلة في الواقع.
لا يعني ذلك أن تكلفة إرسال قمر صناعي إلى الفضاء كانت النقطة الشائكة الوحيدة. كان مفهوم جلاسر الأصلي بسيطًا بشكل خادع، مع العديد من التحديات الخفية. بداية، عندما يدور القمر الصناعي حول الأرض، فإن الزاوية بين الشمس والمركبة والنقطة على الأرض التي يتم إرسال الطاقة إليها تتغير باستمرار. على سبيل المثال، إذا تم تدريب قمر صناعي مستقر بالنسبة إلى الأرض على الأرض، فستواجه الخلايا الكهروضوئية الخاصة به الشمس عند الظهر ولكن ظهرها للشمس عند منتصف الليل. بمعنى آخر، لن يقوم القمر الصناعي بتوليد الكهرباء طوال الوقت.
كان الحل الأصلي لهذه المشكلة هو التدوير المستمر للألواح الكهروضوئية بالنسبة لأجهزة إرسال الموجات الدقيقة، والتي ستبقى ثابتة. ستتجه الألواح الكهروضوئية دائمًا نحو الشمس، بينما ستواجه أجهزة الإرسال الأرض دائمًا. تم طرح هذا الحل لأول مرة في عام 1979 من قبل وكالة ناسا كتطوير لأفكار جلاسر، وتم توسيع الحل بشكل أكبر في اقتراح عام 2015 من قبل المهندسين في الأكاديمية الصينية لتكنولوجيا الفضاء في بكين، الذين أطلقوا عليه اسم القمر الصناعي للطاقة الشمسية متعدد المفاصل الدوارة، أو السيد-سبس (الشكل 1).
في هذه الأثناء، جون مانكينزابتكر مهندس سابق في وكالة ناسا حلاً منافسًا في عام 2012. مدبلج إس بي إس ألفاكانت فكرته هي الحفاظ على الألواح الشمسية وجهاز الإرسال ثابتين، مع تثبيت العديد من المرايا المحيطة بالألواح (الشكل 2). ستكون هذه المرايا، المعروفة باسم الهيليوستات، قادرة على الدوران، وإعادة توجيه ضوء الشمس بشكل مستمر إلى الألواح الشمسية، وبالتالي السماح للقمر الصناعي بتزويد الأرض بالطاقة دون انقطاع.
2 إس بي إس-ألفا
في مفهوم SPS-Alpha، الذي اخترعه المهندس السابق في وكالة ناسا جون مانكينز في الولايات المتحدة، يكون الجسم الرئيسي للقمر الصناعي - الألواح الشمسية وجهاز الإرسال - ثابتًا ويواجه الأرض دائمًا. يتمركز القمر الصناعي الذي يبلغ وزنه 8000 طن في مدار ثابت بالنسبة للأرض، ويتكون من مجموعة على شكل قرص من الوحدات التي تحول ضوء الشمس إلى كهرباء عبر الخلايا الكهروضوئية، ثم تنقل تلك الطاقة على شكل موجات ميكروويف. ترتبط بهذه المصفوفة التي يبلغ قطرها 1700 متر مجموعة منفصلة وأكبر حجمًا من المرايا على شكل قبة، والتي تدور بشكل مستقل لتعكس ضوء الشمس إلى المصفوفة، اعتمادًا على موقع الشمس بالنسبة للأرض في المدار الثابت بالنسبة للأرض.
ومع ذلك، لا يعتبر MR-SPS أو SPS Alpha مرضيًا، وفقًا لـ إيان كاش، مدير وكبير المهندسين في شركة الكهرباء الدولية المحدودة في أوكسفوردشاير، المملكة المتحدة. كان كاش مصممًا سابقًا للأنظمة الإلكترونية في قطاعات السيارات والفضاء والطاقة، وقد حول رأيه قبل عقد من الزمن إلى التطوير الخاص لمصادر الطاقة النظيفة واسعة النطاق. في البداية، أغرته إمكانية الاندماج النووي، لكن مشاكله "الصعبة حقا" أحجمت عنه وسرعان ما لجأ إلى الطاقة الشمسية الفضائية باعتبارها الخيار الأكثر عملية.
بالنسبة لـ Cash، المشكلة في كل من MR-SPS وSPS Alpha هي أنه يتعين عليهما تدوير بعض أجزاء القمر الصناعي بالنسبة لأجزاء أخرى. ولذلك يجب أن يكون كل جزء متصلاً ماديًا بآخر ويحتاج إلى مفصل مفصلي يتحرك. المشكلة هي أنه عند استخدامها على الأقمار الصناعية مثل محطة الفضاء الدولية، يمكن أن تفشل هذه المفاصل بسبب البلى. وخلص كاش إلى أن حذف المفاصل المفصلية من شأنه أن يجعل القمر الصناعي الذي يعمل بالطاقة الشمسية أكثر موثوقية. ويقول: "أردت أن أعرف ما الذي يتطلبه الأمر للحصول على حل الحالة الصلبة الذي يرى الشمس والأرض دائمًا".
وبحلول عام 2017، كان كاش قد اكتشف الأمر، أو هكذا يدعي. له مفهوم كاسيوبيا هو قمر صناعي يشبه في الأساس سلمًا حلزونيًا، حيث تمثل الألواح الكهروضوئية "المداسات" وأجهزة إرسال الموجات الدقيقة - ثنائية القطب على شكل قضبان - هي "الناهضات". وتعني هندستها الحلزونية الذكية أن CASSIOPeiA يمكنها استقبال ونقل الطاقة الشمسية على مدار 24 ساعة في اليوم، بدون أجزاء متحركة (الشكل 3).
يدعي كاش، الذي ينوي الاستفادة من CASSIOPeiA من خلال ترخيص الملكية الفكرية ذات الصلة، العديد من الفوائد الأخرى لمفهومه. يمكن بناء القمر الصناعي المقترح من مئات (وربما الآلاف) من الوحدات الأصغر المرتبطة ببعضها البعض، حيث تلتقط كل وحدة الطاقة الشمسية، وتحولها إلكترونيًا إلى موجات ميكروويف ثم تنقلها إلى الأرض. جمال هذا النهج هو أنه إذا تعرضت أي وحدة لضربة من الأشعة الكونية أو الحطام الفضائي، فإن فشلها لن يؤدي إلى تدمير النظام بأكمله.
ميزة أخرى لـ CASSIOPeiA هي أن المكونات غير الكهروضوئية تكون في الظل بشكل دائم، مما يقلل من تبديد الحرارة - وهو أمر يمثل مشكلة في الفراغ الخالي من الحمل الحراري في الفضاء. أخيرًا، نظرًا لأن القمر الصناعي موجه دائمًا نحو الشمس، فيمكنه احتلال المزيد من أنواع المدارات، بما في ذلك تلك المدارات ذات الشكل الإهليلجي الشديد. سيكون حينها، في بعض الأحيان، أقرب إلى الأرض مما لو كان مستقرًا بالنسبة إلى الأرض، مما يجعله أرخص لأنك لا تحتاج إلى توسيع نطاق التصميم على أساس مثل هذا المرسل الضخم.
3 كاسيوبيا
a يتصور اقتراح CASSIOPeiA للطاقة الشمسية الفضائية، الذي طوره إيان كاش في شركة الكهرباء الدولية المحدودة في المملكة المتحدة، قمرًا صناعيًا بكتلة تصل إلى 2000 طن يجلس في مدار متزامن مع الأرض أو إهليلجي حول الأرض. b يسقط ضوء الشمس على مرآتين بيضاويتين كبيرتين (أقراص صفراء)، يصل قطر كل منهما إلى 1700 متر، وتقعان بزاوية 45 درجة إلى مجموعة حلزونية مكونة من ما يصل إلى 60,000 لوح شمسي (رمادي). تقوم هذه الألواح بجمع ضوء الشمس وتحويله إلى موجات ميكروويف بتردد محدد، ثم يتم إرسالها بعد ذلك إلى محطة أرضية على الأرض يبلغ قطرها حوالي 5 كيلومترات. تقوم هذه المحطة بتحويل أجهزة الميكروويف إلى كهرباء للشبكة. تتمثل ميزة الهندسة الحلزونية في إمكانية توجيه الموجات الميكروية باستمرار نحو الأرض دون الحاجة إلى مفاصل مفصلية، والتي غالبًا ما تفشل في البيئات الفضائية. c وبدلاً من ذلك، يتم توجيه الموجات الدقيقة عبر تعديلات على الطور النسبي لثنائيات أقطاب الحالة الصلبة.
وربما ليس من المستغرب أن لا يتفق منافسو كاش مع تقييمه. مانكينز، الذي يقع مقره الآن في أرتميس لحلول إدارة الابتكار في كاليفورنيا بالولايات المتحدة، يجادل في أن المروحيات المفصلية في مفهومه SPS-Alpha تمثل مشكلة. وبدلاً من ذلك، فهو يدعي أنها "امتداد بسيط لتقنية ناضجة للغاية" تُستخدم بالفعل لتركيز ضوء الشمس لتسخين السوائل وتشغيل التوربينات. "أبراج الطاقة الشمسية" هنا على الأرض. وهو يعتقد أيضًا أن المرايا المزدوجة التي تتطلبها CASSIOPeiA يمكن أن تكون مشكلة حيث يجب أن يتم تصنيعها بدقة شديدة.
"لدي احترام كبير لإيان وعمله؛ يقول مانكينز إن مفهومه الأحدث CASSIOPeiA هو واحد من العديد من المفاهيم المتشابهة جدًا في الشخصية، بما في ذلك SPS-Alpha. "ومع ذلك، فأنا لا أتفق مع توقعاته بأن CASSIOPeiA سوف يثبت تفوقه على SPS-Alpha." بالنسبة لمانكينز، فإن أفضل نهج للطاقة الشمسية الفضائية سيعتمد في نهاية المطاف على نتائج مشاريع التطوير، مع كون التكلفة الفعلية لكل كيلووات/ساعة من الكهرباء هنا على الأرض هي العامل الحاسم.
قابلة للتطوير ومذهلة
وقد تلقى الاهتمام بالطاقة الشمسية الفضائية دفعة إضافية في أعقاب تقرير حكومة المملكة المتحدة لعام 2021 في التكنولوجيا، والتي بالكاد كانت أكثر إيجابية حول هذا المفهوم. تم وضعه من قبل مهندسين في شركة استشارية مقرها المملكة المتحدة فريزر ناش، الذي تراسل مع عدد من خبراء هندسة الفضاء والطاقة - بما في ذلك مخترعي SPS Alpha وMR-SPS وCASSIOpeiA.
وخلص التقرير إلى أن القمر الصناعي CASSIOPeiA الذي يبلغ عرضه 1.7 كيلومترًا في مدار ثابت بالنسبة للأرض ينقل الإشعاع الشمسي إلى مسافة 100 كيلومتر.2 مجموعة من أجهزة استقبال الموجات الدقيقة (أو "المستقيم") الموجودة هنا على الأرض ستولد 2 جيجاوات من الطاقة المستمرة. وهذا يعادل الناتج من محطة طاقة تقليدية كبيرة. كما أنها أفضل بكثير من القائمة، على سبيل المثال مزرعة رياح لندن أري في مصب نهر التايمز، وهو أكبر بحوالي 25٪ ولكنه يولد طاقة متوسطة بالكاد تبلغ 190 ميجاوات.
لكن الأمر الأكثر إثارة للدهشة هو التحليل الاقتصادي للتقرير. واستنادًا إلى تقدير بأن النظام كامل الحجم سيكلف 16.3 مليار جنيه إسترليني للتطوير والإطلاق، والسماح بحد أدنى من العائد على الاستثمار يبلغ 20% على أساس سنوي، فقد خلصت إلى أن نظام الطاقة الشمسية القائم على الفضاء ويمكن، على مدار عمره الذي يبلغ 100 عام تقريبًا، توليد طاقة بسعر 50 جنيهًا إسترلينيًا لكل ميجاوات في الساعة.
يقول فريزر ناش إن هذا أغلى بنسبة 14-52% من طاقة الرياح الأرضية والطاقة الشمسية الحالية. ولكن الأهم من ذلك أنها أرخص بنسبة 39-49% من مصادر طاقة الكتلة الحيوية أو الطاقة النووية أو الغاز الأكثر كفاءة، وهي المصادر الوحيدة القادرة حاليًا على توفير طاقة "الحمل الأساسي" دون انقطاع. وقال مؤلفو التقرير أيضًا إن تقديراتهم المتحفظة للتكاليف "من المتوقع أن تنخفض مع استمرار عملية التطوير".
يقول: "إنها قابلة للتطوير بشكل لا يصدق". مارتن سولتو فريزر ناش، أحد المؤلفين. ومع كون مستوى ضوء الشمس في الفضاء المحيط بالأرض أكثر سطوعًا بكثير من الأسفل، فهو يعتقد أن كل وحدة شمسية ستجمع 10 أضعاف ما كانت ستجمعه إذا تم تركيبها على الأرض. ويعتقد التقرير أن المملكة المتحدة ستحتاج إلى ما مجموعه 15 قمرا صناعيا - لكل منها هوائي خاص به - لتوفير ربع احتياجات البلاد من الطاقة بحلول عام 2050. ويمكن وضع كل قمر صناعي بجانب أو حتى داخل مزرعة رياح موجودة.
وإذا تم توسيع نطاق هذا المخطط، فمن الممكن من حيث المبدأ أن يوفر أكثر من 150% من إجمالي الطلب العالمي على الكهرباء (على الرغم من أن إمدادات الطاقة المرنة تملي عادة مزيجا واسعا من المصادر). ويضيف سولتو أن الطاقة الشمسية المرتكزة على الفضاء سيكون لها أيضًا تأثير أقل بكثير على البيئة من مصادر الطاقة المتجددة المرتكزة على الأرض. وستكون البصمة الكربونية صغيرة، ولن يكون هناك سوى القليل من الطلب على المعادن الأرضية النادرة، ولن يكون هناك، على عكس توربينات الرياح، أي ضجيج أو هياكل عالية مرئية.
إذا كان كل هذا يبدو جيدًا لدرجة يصعب تصديقها، فقد يكون كذلك. ويعترف تقرير فريزر-ناش بوجود العديد من "قضايا التنمية"، ولا سيما إيجاد طرق لجعل نقل الطاقة لاسلكياً أكثر كفاءة. كريس رودنبيكيقول مهندس كهربائي من مختبر أبحاث البحرية الأمريكية في واشنطن العاصمة، إنه من الصعب تحقيق عروض توضيحية واسعة النطاق لهذه التكنولوجيا. فهي تتطلب استثمارات مستدامة وتطورات مستهدفة في المكونات الإلكترونية، مثل الثنائيات المعدلة عالية الطاقة، والتي لا تتوفر بسهولة.
ولحسن الحظ، فإن نقل الطاقة اللاسلكية يتقدم منذ عقود. في عام 2021، أرسل فريق رودنبيك 1.6 كيلوواط من الطاقة الكهربائية لمسافة كيلومتر واحد، مع كفاءة تحويل من الميكروويف إلى كهرباء تبلغ 1%. في ظاهر الأمر، يعد هذا أقل إثارة للإعجاب من أقوى عرض للطاقة اللاسلكية حتى الآن، والذي حدث في عام 73 عندما كان الموظفون في مختبر غولدستون التابع لناسا في كاليفورنيا، تم تحويل موجات الميكروويف بتردد 10 جيجا هرتز إلى كهرباء بكفاءة تزيد عن 80%. لكن الأمر المهم هو أن رودينبيك استخدم موجات ميكروويف ذات تردد منخفض 2.4 جيجا هرتز، والتي ستعاني من خسارة أقل بكثير في الغلاف الجوي في الفضاء.
ولمواجهة الحيود العالي (انتشار الشعاع) الذي يحدث بشكل طبيعي عند الترددات المنخفضة، استغل الباحثون التضاريس المحيطة "لارتداد" الموجات الدقيقة نحو مصفوفة المستقبل، وبالتالي تحسين كثافة الطاقة بنسبة 70% (IEEE J. مايكرو. 2 28). يقول رودنبيك: "لقد أجرينا [الاختبار] بسرعة كبيرة وبتكلفة زهيدة إلى حد ما خلال الوباء العالمي". "كان بإمكاننا تحقيق المزيد."
سيتطلب البناء الأولي مصنعًا في الفضاء يعمل على مدار الساعة طوال أيام الأسبوع، مع خط تجميع مثل مصنع السيارات على الأرض.
يانغ جاو، جامعة سري
رودينبيك متفائل بشأن آفاق الطاقة الشمسية الفضائية. فهو يزعم أنه في حين أن الاندماج النووي "يصطدم بالمشاكل الأساسية في الفيزياء"، فإن الطاقة الشمسية الفضائية - ونقل الطاقة لاسلكيا - لا تتعدى كونها "تصطدم بالدولار". "[إنها] الشكل الوحيد للطاقة الخضراء والمتجددة التي لديها القدرة على توفير الطاقة الكهربائية الأساسية المستمرة،" كما يدعي رودنبيك. "باستثناء حدوث اختراق تقني [في] الاندماج النووي الخاضع للتحكم، يبدو من المحتمل جدًا أن تقوم البشرية بتسخير الطاقة الشمسية الفضائية لتلبية احتياجات الطاقة المستقبلية."
ومع ذلك، تأتي ملاحظة الحذر من يانغ جاو، وهو مهندس فضاء في جامعة ساري في المملكة المتحدة، والذي يعترف بأن "الحجم الهائل" لنظام الفضاء المقترح "مذهل للغاية". وتعتقد أن البناء الأولي قد يتطلب "مصنعًا يعمل على مدار الساعة طوال أيام الأسبوع في الفضاء، مع خط تجميع مثل مصنع السيارات على الأرض"، ربما باستخدام الروبوتات المستقلة. أما بالنسبة لصيانة المنشأة، فبمجرد بنائها، يقول جاو إن ذلك سيكون "متطلبًا".
بالنسبة لكاش، الأمر الحاسم هو المدار الذي سيشغله القمر الصناعي للطاقة الفضائية. سيكون القمر الصناعي للطاقة الشمسية المستقر بالنسبة إلى الأرض بعيدًا جدًا عن الأرض، مما سيتطلب أجهزة إرسال وأجهزة إرسال ضخمة ومكلفة لنقل الطاقة بكفاءة. ولكن من خلال الاستفادة من الأقمار الصناعية المتعددة الموجودة في مدارات أقصر وبيضاوية للغاية، كما يقول كاش، يمكن للمستثمرين إنشاء أنظمة عمل أصغر وفقًا لمفهوم CASSIOPeiA بجزء صغير من رأس المال. في المقابل، يجب أن يكون كل من SPS Alpha وMR-SPS بالحجم الكامل منذ اليوم الأول.
هل هناك إرادة كافية؟
ومع ذلك فإن التحدي الأكبر الذي يواجه الطاقة الشمسية في الفضاء قد لا يكون اقتصاديا أو تقنيا، بل سياسيا. في عالم يؤمن فيه عدد كبير من الناس بنظريات المؤامرة المحيطة بتكنولوجيا الهاتف المحمول 5G، قد يكون من الصعب بيع جيجاوات من طاقة الموجات الدقيقة من الفضاء إلى الأرض - على الرغم من أن الحد الأقصى لكثافة الشعاع لا يكاد يصل إلى 250 واط / م2أي أقل من ربع الحد الأقصى لكثافة الشمس عند خط الاستواء.
والواقع أن تقرير المملكة المتحدة يعترف بأن أنصاره يحتاجون إلى اختبار شهية الجمهور، و"تنظيم محادثة" حول الأفكار الرئيسية. ولكن هناك اعتبارات فنية واجتماعية حقيقية أيضًا. أين سيتم وضع المستقيمات؟ كيف سيتم إخراج الأقمار الصناعية من الخدمة في نهاية عمرها دون إضافة المزيد من النفايات الفضائية؟ هل سيكون هناك مساحة في طيف الميكروويف لأي شيء آخر؟ وهل سيكون النظام عرضة للهجوم؟
وفي أعقاب تقريرها كشفت حكومة المملكة المتحدة عن صندوق بقيمة 3 ملايين جنيه إسترليني لمساعدة الصناعات على تطوير بعض التقنيات الرئيسية، حيث قال وزير الأعمال السابق كواسي كوارتينج إن الطاقة الشمسية الفضائية "يمكن أن توفر مصدرًا للطاقة نظيفًا وموثوقًا وبأسعار معقولة للعالم كله". من غير المرجح أن يذهب هذا المبلغ النقدي بعيدًا نحو مشروع بهذا الحجم، ولهذا السبب ساعد سولتو في إنشاء شركة تسمى سبيس سولار، والتي تأمل في جمع مبلغ أولي قدره 200 مليون جنيه إسترليني من مستثمري القطاع الخاص.
وفي الوقت نفسه، ما يسميه "تعاون الراغبين". مبادرة الطاقة الفضائيةوقد جمعت العلماء والمهندسين والموظفين المدنيين من أكثر من 50 مؤسسة أكاديمية وشركات وهيئات حكومية، الذين يعملون للمصلحة العامة للمساعدة في تحقيق نظام العمل تؤتي ثمارها. لم يتم إدراج SpaceX في القائمة بعد، لكن سولتو يدعي أنه لفت انتباه الشركة الأمريكية. يقول: "إنهم مهتمون للغاية".
النقد لا يشك في أنه سيتم العثور على الاستثمار. لا يمكن لمصادر الطاقة المتجددة الأرضية أن توفر طاقة الحمل الأساسي دون انقطاع دون بنية تحتية مكلفة للغاية للبطاريات، في حين تواجه الطاقة النووية دائمًا معارضة شديدة. يعتقد كاش أن الطاقة الشمسية المرتكزة على الفضاء هي جزء حيوي من هذا المزيج إذا أردنا أن نصل إلى صافي الصفر، ومجرد مطالبة الناس باستخدام كميات أقل من الطاقة هي "فكرة خطيرة". ويقول: "لقد تم خوض معظم الحروب بسبب النقص الملحوظ في الموارد". "إذا لم ننظر إلى كيفية الحفاظ على تقدم الحضارة، فإن البديل مخيف للغاية."
