كيف سيساعد الفضاء الأرض بموارد الطاقة. الطاقة الفضائية الطاقة الفضائية هي نوع من الطاقة البديلة التي تنطوي على استخدام الطاقة الشمسية لتوليد الكهرباء - العرض. ممارسة استخدام طاقة الفضاء والأرض

لا يوجد غلاف جوي في الفضاء، ولا تمطر أبدًا، وفي المدارات الثابتة بالنسبة للأرض لا يوجد ليل أبدًا: هذا هو المكان المثالي لمحطة الطاقة الشمسية التي ستجمع الطاقة 24 ساعة في اليوم، 365 يومًا في السنة. $CUT$ الطاقة النظيفة من الأعلى

وتعمل الولايات المتحدة والصين والهند واليابان بالفعل على تطوير مشاريعها الخاصة التي ستشمل مصفوفات شمسية روبوتية سترسل كميات هائلة من الطاقة النظيفة والمتجددة إلى الأرض لاسلكيًا.

تتضمن بعض الخيارات إرسال ما يصل إلى 1 جيجاوات من الطاقة عبر الحزم إلى الأرض، وهو ما يكفي لتزويد مدينة كبيرة بالطاقة. ووفقا لبول جافي، مهندس الفضاء في مختبر أبحاث البحرية الأمريكية، فإن هذا المفهوم سليم تماما من الناحية العلمية.

يقول يافي: "أجرت وكالة ناسا ووزارة الطاقة الأمريكية دراسة بقيمة 20 مليون دولار في أواخر السبعينيات ونظرت في المفهوم بالتفصيل". "في ذلك الوقت، توصل الجميع إلى استنتاج مفاده أنه لا توجد مشاكل في الفيزياء، ولكن كانت هناك أسئلة تتعلق بالاقتصاد".

المشكلة الرئيسية هي تكلفة سلسلة عمليات الإطلاق الفضائية اللازمة لبناء قمر صناعي ينقل الطاقة. ومع تكلفة الإطلاق التي تبلغ 40 ألف دولار للكيلوغرام الواحد في بعض الحالات، فإن السعر النهائي لأول محطة للطاقة الشمسية في الفضاء قد يصل إلى 20 مليار دولار.

المقاولون الخاصون

ومع دخولنا عصر استكشاف الفضاء الخاص الذي يقلل بشكل كبير من تكاليف الإطلاق، تشير الفيزياء الأساسية إلى أن توصيل البضائع إلى الفضاء يظل مكلفًا للغاية.

“يتم مراجعة هذا الموضوع كل 10 سنوات، عندما تتغير التقنيات، وبالتالي يتغير الجانب الاقتصادي للقضية”.

يقول يافي إن الحرب في الشرق الأوسط أعطت زخمًا جديدًا لتطوير محطات الطاقة الشمسية الفضائية حيث واجه المهندسون العلميون التحدي المتمثل في توصيل الطاقة إلى المناطق المعادية. يمكن للعديد من أجهزة الاستقبال المخفية التقاط الطاقة الكونية وتزويد الجيش دون الحاجة إلى سحب مولدات الديزل الخطيرة والمكلفة عبر الماء أو الهواء.

"إذا تمكنت من استخراج الكهرباء من الفضاء، فربما تتساءل."

اسئلةالأمان

هناك طريقتان لتوصيل الطاقة إلى الأرض: على شكل أشعة ليزر أو موجات ميكروويف.

يتضمن خيار شعاع الليزر إرسال أقمار صناعية صغيرة ترسل الليزر إلى الفضاء، وبتكلفة منخفضة نسبيًا، تتراوح بين 500 مليون دولار ومليار دولار. ومن شأن الأقمار الصناعية ذاتية التجميع أن تقلل من التكاليف، وسيكون من السهل إلى حد ما تجميع أجهزة الليزر ذات القطر الصغير على الأرض.

ولكن مع إنتاج يتراوح بين 1 إلى 10 ميغاواط، ستكون هناك حاجة إلى العديد من الأقمار الصناعية لتوفير ما يكفي من الطاقة. بالإضافة إلى ذلك، ستواجه الأقمار الصناعية مشاكل في إرسال الليزر أثناء الطقس الغائم أو الممطر.

سيسمح خيار الموجات الدقيقة بالنقل دون عوائق أثناء هطول الأمطار أو الثلوج أو الظروف الجوية الأخرى وسيكون قادرًا على نقل جيجاوات من الطاقة.

تكنولوجيا الميكروويف، وفقا ليافي، موجودة منذ عقود عديدة: في عام 1964، تمكن العلماء من نقل الطاقة إلى طائرة هليكوبتر باستخدام الموجات الدقيقة. يقول يافي إنه مع وجود منطقة إرسال كبيرة، ستكون الموجات الدقيقة متناثرة جدًا لدرجة أنها لن تشكل تهديدًا للحياة. لكن عيبها الرئيسي يظل الحاجة إلى مئات عمليات الإطلاق إلى الفضاء، الأمر الذي سيجعل من الممكن بناء محطة فضائية. كل هذا يصل إلى عشرات المليارات من الدولارات.

"لسوء الحظ، تجدر الإشارة إلى أن الجمهور ليس مغرمًا جدًا بأفران الميكروويف وأشعة الليزر، حيث ترتبط أفران الميكروويف في كثير من الأحيان بأفران الميكروويف في المطبخ، وأشعة الليزر بمعارك الفضاء في الخيال العلمي."

ساندويتش الطاقة

يركز بحث جافي على ما يسمى بـ "وحدات الساندويتش" - وهي عناصر الخلايا الشمسية التي تحول ضوء الشمس إلى طاقة. يتلقى أحد جوانب الساندويتش الطاقة الشمسية باستخدام لوحة كهروضوئية، وتقوم الإلكترونيات الموجودة في المركز بتحويل التيار إلى موجة راديوية، ويقوم هوائي على الجانب الآخر بإرسال الشعاع إلى الأرض.

يقول يافي: "ربما لا يعرف الناس أن موجات الراديو يمكنها نقل الطاقة". - لأننا اعتدنا على التفكير في الراديو في سياق الاتصالات أو الهاتف أو التلفزيون. إنهم لا يفكرون في حقيقة أن موجات الراديو يمكنها نقل الطاقة.

وعلى الرغم من أن جميع التقنيات متاحة بالفعل لتجهيز مجموعة الطاقة الشمسية الفضائية، إلا أن يافي يعتقد أن أول محطة من هذا النوع لن تظهر قريبًا. رغم أن اليابانيين جعلوا مثل هذه المحطة أحد ركائز برنامجهم الفضائي.

"بدون القاعدة البحثية التي لدينا في الولايات المتحدة، على سبيل المثال، والتي تبحث في طاقة الاندماج النووي الحراري، فمن غير المرجح أن نحرز تقدما. إذا نجح اليابانيون في السنوات الخمس المقبلة، فقد يبدأ الناس في الحديث عن سبب عدم قيامنا بأي شيء".

في النهاية، يقول يافي، من الصعب معرفة ما إذا كانت الفكرة قابلة للتطبيق حتى تجربها فعليًا.

يمنعنا الغلاف الجوي من تلقي واستخدام الطاقة الشمسية "النظيفة" على سطح الأرض. ومن الطبيعي أن ينشأ حل: وضع محطات الطاقة الشمسية في الفضاء، في مدار الأرض. ولن يكون هناك أي تدخل في الغلاف الجوي؛ وسيسمح انعدام الوزن بإنشاء هياكل متعددة الكيلومترات ضرورية "لتجميع" الطاقة الشمسية. مثل هذه المحطات لها فضل كبير. إن تحويل نوع واحد من الطاقة إلى نوع آخر يصاحبه حتماً إطلاق الحرارة، وإغراقها في الفضاء سيمنع ارتفاع درجة حرارة الغلاف الجوي للأرض بشكل خطير.

من المستحيل اليوم أن نقول على وجه اليقين كيف ستبدو محطات الطاقة الشمسية الفضائية (SCPS) فعليًا. وبدأ المصممون في تصميم SCES في أواخر الستينيات. القرن العشرين

يمكن أن يكون مسار الطاقة من مستقبل الإشعاع الكهرومغناطيسي للشمس إلى مخرج الشقة أو مصدر الطاقة بالجهاز مختلفًا. في المشاريع الأولى، تم اقتراح ما يلي: الألواح الشمسية لتوليد الكهرباء - جهاز إرسال فائق التردد (الميكروويف) على SKES - جهاز استقبال على الأرض - محطات فرعية لتوزيع الكهرباء. في الممارسة العملية، سيبدو الأمر كما يلي: طائرات متعددة الكيلومترات من الألواح الشمسية على إطار متين؛ هوائيات صفيف المرسل؛ مماثلة لها (وأيضًا بطول عدة كيلومترات) مستقبلات الطاقة على سطح الأرض. والخيار، كما أصبح واضحا بسرعة، أبعد ما يكون عن المثالية.

لقد حاول المهندسون التخلي عن استخدام الألواح الشمسية تمامًا. على سبيل المثال، تم اقتراح استخدام محولات مختلفة (على سبيل المثال، المرايا) في المحطة لتحويل ضوء الشمس إلى حرارة، وغلي سائل التشغيل واستخدام بخاره لتدوير التوربينات باستخدام المولدات الكهربائية. ولكن حتى في هذا الخيار، تظل عملية الحصول على الطاقة طويلة جدًا: يتم تحويل ضوء الشمس من خلال الحرارة والحركة الميكانيكية إلى كهرباء، ثم مرة أخرى إلى موجات كهرومغناطيسية لنقلها إلى الأرض، ثم مرة أخرى إلى كهرباء. كل مرحلة تؤدي إلى فقدان الطاقة؛ يجب أن تشغل هوائيات الاستقبال على الأرض مساحات شاسعة. لكن الأسوأ من ذلك هو أن شعاع الميكروويف يؤثر سلباً على الغلاف الأيوني للأرض، وله تأثير ضار على عشرات الكائنات الحية. ولذلك يجب إغلاق المساحة الموجودة فوق الهوائيات أمام رحلات الطيران. كيف نحمي الطيور من الموت؟

تنشأ نفس المشاكل عند نقل الطاقة عبر شعاع الليزر، والذي يكون من الصعب أيضًا تحويله مرة أخرى إلى تيار كهربائي. من الأفضل استخدام الطاقة التي يتم الحصول عليها في الفضاء في الفضاء دون إرسالها إلى الأرض. يتم إنفاق حوالي 90٪ من الطاقة المولدة على الكوكب على الإنتاج. المستهلكون الرئيسيون هم الصناعات المعدنية والهندسة الميكانيكية والصناعة الكيميائية. بالمناسبة، هم أيضا الملوثين الرئيسيين للبيئة. الإنسانية ليست قادرة بعد على الاستغناء عن مثل هذه الصناعات. ولكن يمكنك إزالتها من الأرض. لماذا لا يتم استخدام المواد الخام المستخرجة من القمر أو الكويكبات من خلال إنشاء قواعد مقابلة على الأقمار الصناعية والكويكبات؟ من المؤكد أن المهمة معقدة، وبناء محطات الطاقة الشمسية في الفضاء ليس سوى الخطوة الأولى نحو حلها. يمكن لتوربينات الرياح ومحطات الطاقة الكهرومائية بدون سد وغيرها من محطات الطاقة الصديقة للبيئة التعامل مع إنتاج الكهرباء لتلبية الاحتياجات المنزلية.

تفترض أي نسخة من مشروع محطة الطاقة الشمسية الفضائية أن هذا هيكل ضخم وأكثر من واحد. حتى أصغر SCES يجب أن تزن عشرات الآلاف من الأطنان. وسيتعين إطلاق هذه الكتلة العملاقة في مدار بعيد عن الأرض. مركبات الإطلاق الحديثة قادرة على إيصال العدد المطلوب من الكتل والوحدات والألواح الشمسية إلى مدار مرجعي منخفض. لتقليل كتلة المرايا الضخمة التي تركز ضوء الشمس، يمكن تصنيعها من أنحف فيلم مرآة، على سبيل المثال، في شكل هياكل قابلة للنفخ. ويجب تسليم الأجزاء المجمعة من محطة الطاقة الشمسية الفضائية إلى مدار عالٍ والالتحام هناك. وسيكون قسم محطة الطاقة الشمسية قادرًا على الطيران إلى "مكان العمل" بقوته الخاصة، إذا تم تركيب محركات صاروخية كهربائية منخفضة الدفع عليه فقط.

إن وجود نظام كوني عالمي يستخدمه الإنسان لتحقيق ظواهره الفائقة للحساسية قد تخيلته شعوب مختلفة منذ عدة قرون. تُظهر الفلسفة الهندية أحد أفكارها الأكثر إثارة للاهتمام، وهو وجود البرانا، أي الكونية، الموجودة في خمسة أشكال مختلفة وتدعم عمليات الحياة المختلفة، مثل “ريح الجسد”.

تصف الكتب المقدسة للبوذيين والهندوس بالضبط نفس الطاقة البدائية الكونية، والتي يُشار إليها بالمقطع الغامض "أوم" أو "أوم"، الذي يسبب اهتزازات في الدماغ. مثل هذه الاهتزازات قادرة على جلب جميع أنواع المراكز العصبية البشرية () إلى حالة معينة. هذا هو الذي يسمح لك بقبول الحياة (الكونية).

إن قوة الحياة غير المرئية التي تدعم المبدأ الإلهي الشامل موصوفة في الكتاب المقدس باسم "الروح القدس". وتصف التعاليم اليابانية والصينية قوة الحياة بأنها نهر يقع مصدره في نقطة فوق السرة، وينتشر من الرئتين إلى جميع أنحاء الجسم. من خلال العديد من القنوات العصبية - ما يسمى ب "خطوط الطول". ويمكن اعتبار المادة كلها مظهراً للمعطى على المستوى المادي. وقد استخدم الفيلسوف والعالم اليوناني أرسطو مصطلح "الأثير" للإشارة إلى العنصر الخامس.

شمل "العنصر" في البداية جميع الكائنات الموجودة خارج الغلاف الجوي للأرض. ومن الأثير، في فهم أرسطو، جاء الإنسان، الذي وصفه بأنه غير مادي خالص. وفي العصور الوسطى، فسر الفيزيائيون الأثير على أنه مادة تملأ الفضاء. لقد افترضوا أن حركات الموجات في أثير معين تؤدي إلى وصول الضوء إلى الأرض عبر فراغ معين. ولهذا السبب كان يطلق عليه في كثير من الأحيان "الأثير المضيء".

لقد فهم إسحاق نيوتن الأثير ليس فقط كوسيلة تملأ الفضاء الكوني، بل أثبت أن كل المادة والذرات الفردية يتخللها نفس الأثير. منذ حوالي 150 عامًا، كارل لودفيغ فرايهر فون رايشنباخ، عالم الطبيعة والكيميائي الألماني، الذي أصبح. الشهير بفضل اختراع الكيروسين والبارافين وغيرها، بدأ بإجراء بعض التجارب. لقد كانوا يتعلقون بما يسمى "الطاقة الحيوية" أو "Odcraft". إنها قوة "Od" التي تتجلى في شكل توهج باطني ينبعث من محيط الأجسام - البشرية وأي شيء آخر - عضوي وغير عضوي، ويدركها الأشخاص الحساسون (المعرضون للحساسية المفرطة) دون مساعدة الكثير من التكنولوجيا انتقد العلماء رايشنباخ طوال حياته، على الرغم من أن تجاربه تكررت مرات عديدة، الأمر الذي جاء بأدلة دامغة.

نظرًا لاقتناعه الراسخ بالطبيعة الفيزيائية لاكتشافه، واجه رايشنباخ نفسه صعوبة في قبول فكرة الموضوعية في الدفع من أجل الاعتراف بالحساسية في بحثه. وميز بين الأشخاص الأكثر حساسية والأقل حساسية، وفي نفس الفترة تقريبًا، افترض جيمس ماكسويل، عالم الفيزياء الإنجليزي، وجود الأثير على شكل بنية أدق من المادة المادية من تلك الموجودة في الأجسام المرئية، الموجودة في أي جزء من الأجزاء. من الفضاء الذي يبدو فارغا للإنسان. وفي بداية القرن العشرين توقفت دراسة الأثير، حيث أن القول الذي طرحه أينشتاين بعدم وجوده لاقى قبولاً من قبل غالبية العلماء.

فقط في عام 1951، طرح الفيزيائي الإنجليزي الحائز على جائزة نوبل بول ديراك هذا السؤال مرة أخرى، ونتيجة لذلك تم إثبات "رياضياً" أن الأثير الكوني موجود بالفعل، وبعد ذلك تم مراجعة موقف أينشتاين من وجود الأثير نفسه، من حيث المبدأ، تم تنقيحه طوال حياته منذ ذلك الحين، أكد العلماء وجود السائل المكاني، أو الأثير الكوني، الموجود في تجاربهم الخاصة، هناك أكثر من أمثلة كافية من الأساطير والنصوص من العلوم الفيزيائية من فترة لاحقة. ولكن، إذا ركزنا على الطاقة البدائية للكون، الموجودة والتي تسمح بحدوث عمليات الحياة، فيمكننا التوصل إلى استنتاجات معينة: أولاً، كان وجود الحياة يعتبر أمرًا مسلمًا به منذ العصور الوسطى في مختلف ثقافات العالم ثانيا، وجود الطاقة البدائية في الفضاء وتعليمها كل المادة يعتبر من قبل العلماء المشهورين ضرورة. وبالتالي فإن السؤال الذي يطرح نفسه هو ما إذا كنا نتحدث عن نفس الظاهرة الفيزيائية - يجدر مقارنة كلام أسلافنا عنها. "الطاقة الحيوية" وكلام مشاهير العلماء عن الأثير كطاقة كونية بدائية.

أجرى الطبيب النمساوي رايش بحثًا عن التيارات الخضرية (أي اللاواعية، التي لا تتأثر بالإرادة) في جسم الإنسان. لقد افترضوا وجود طاقة كونية يستطيع جسم الإنسان أن يمتصها ويتراكمها ويطلقها. وقد أطلق على هذه الطاقة اسم "طاقة الأورغون"، وتجلت عملية إطلاقها وتجميعها واستقبالها في الصيغة التالية: "الشد - الشحن - التفريغ - الاسترخاء". وقد وصف أحد أقرب موظفي هذا الطبيب دور هذا النبض البيولوجي في المجال العام للكائن الحي.

كان يعتقد أن توفير الطاقة في الجسم يتم تنظيمه عن طريق النبض بنفس الطريقة التي يتم بها إمداد جميع الأعضاء بالدم بفضل نبضات القلب. إن الجهاز اللاإرادي أو اللاإرادي، الذي يؤثر على الهضم والجنس والعواطف والتنفس والدورة الدموية، في رأيه، يتحكم في حالة التغيير، أي عملية التمثيل الغذائي.

على سبيل المثال، يتم التحكم في التنفس عن طريق الإرادة إلى حد ما، وبشكل رئيسي عن طريق الجهاز العصبي المركزي. وهكذا يسمح الجهاز التنفسي للإنسان باختراق النبض البيولوجي الحر للجسم. الأيض الحر لأي كائن حي هو أساسه. أي أنه يمكنك التعرف عليه من خلال نبضه البيولوجي دون عائق. في البداية، تم تحديد موقع الأورغون من قبل رايش فقط في شكل إشعاع صادر من كائن حي، لكنه اكتشف لاحقًا ظهور الأورغون في كل مكان، كما هو الحال في "الأثير المضيء" المكتشف. من قبل العلماء في وقت سابق قليلا. وبالتالي، يحدث التبادل الحر بانتظام.

أي أن Orgone يمكنه إنشاء أنظمة كاملة، مثل الشموس والكواكب وحتى المجرات. وهكذا، فإن الأثير، الذي وصفه العديد من العلماء، أورغون، الذي وصفه الرايخ، الكوني، الذي وصفته الشعوب القديمة واتجاهات مختلفة - كل هذا له علاقة مشتركة، وعلى الرغم من الاختلافات الطفيفة، لا تزال هناك أوجه تشابه واضحة وضوحا بين هذه المفاهيم.

شارك المقال مع أصدقائك!

الطاقة الكونية

https://site/wp-content/uploads/2016/05/0_25efb_ef4f3ff_XL-150x150.jpg

إن وجود الطاقة الكونية العالمية التي يستخدمها الإنسان ويدرك ظواهره الفائقة الحساسية قد تخيلته شعوب مختلفة منذ عدة قرون. وتظهر الفلسفة الهندية أحد أكثر مفاهيمها إثارة للاهتمام، وهو وجود البرانا، أي الطاقة الكونية، الموجودة في خمسة أشكال مختلفة وتدعم عمليات الحياة المختلفة مثل “ريح الجسم”. الكتب المقدسة للبوذيين والهندوس...

عُقد مؤخرًا مؤتمر بعنوان "الجيل الجديد من المستكشفين دون المداريين" في كولورادو، حيث تمت مناقشة مشاريع بناء محطات الطاقة الشمسية الفضائية على وجه الخصوص. وإذا لم يأخذ أحد مثل هذه الأفكار على محمل الجد من قبل، فهي الآن قريبة جدًا من التنفيذ.

ومن هنا يعكف الكونجرس الأميركي على إعداد خطة لانتقال أميركا التدريجي من الوقود الأحفوري إلى الطاقة الفضائية. سيكون قسم الفضاء الذي تم إنشاؤه خصيصًا مسؤولاً عن تنفيذ المشروع؛ وستلعب وكالة ناسا ووزارة الطاقة والمنظمات الأخرى دورًا نشطًا في عمله.

بحلول شهر أكتوبر من هذا العام، يجب على وزارة العدل أن تقدم إلى الكونجرس جميع التغييرات والإضافات اللازمة للتشريعات الفيدرالية الحالية من أجل البدء في بناء محطات الطاقة الشمسية الفضائية. كجزء من البرنامج، من المخطط في المرحلة الأولية تطوير أنظمة الدفع الفضائية النووية لاستخدام المركبات الفضائية القابلة لإعادة الاستخدام للوجستيات الفضائية وبناء محطات الطاقة الشمسية في المدار.

كما أن التقنيات قيد التطوير النشط لتحويل ضوء الشمس إلى كهرباء ونقلها فوريًا إلى الأرض.

وعلى وجه الخصوص، يقترح خبراء من معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا إضاءة الكوكب باستخدام "السجاد الطائر" المداري. تتكون هذه الأنظمة من 2500 لوح، بسمك 25 ملم وطول ثلثي ملعب كرة القدم. سيتم تسليم عناصر مثل هذه المحطة إلى المدار بواسطة صواريخ مثل نظام الإطلاق الفضائي، وهي مركبة إطلاق أمريكية فائقة الثقل تقوم وكالة ناسا بتطويرها. يتم إنشاء محطة الطاقة الفضائية كجزء من SSPI (مبادرة الطاقة الشمسية الفضائية)، وهي شراكة بين جامعة كاليفورنيا للتكنولوجيا وشركة نورثروب جرومان. وقد استثمر الأخير 17.5 مليون دولار لتطوير المكونات الأساسية للنظام على مدى السنوات الثلاث المقبلة. وقد تم دعم هذه المبادرة أيضًا من قبل باحثين في مختبر الدفع النفاث التابع لناسا.

ووفقا لأستاذ معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا هاري أتواتر، الذي قاد مبادرة الطاقة الشمسية الفضائية، فإن "السجاد السحري" يحول الطاقة الشمسية إلى موجات راديو ويرسلها إلى الأرض. سيتم نقل الطاقة باستخدام مبدأ الصفيف المرحلي المستخدم في أنظمة الرادار. سيؤدي هذا إلى إنشاء تدفق يتحرك في أي اتجاه.

تتكون الألواح الشمسية من بلاط مقاس 10 × 10 سم ويزن حوالي 0.8 جرام، مما يضمن تكلفة منخفضة نسبيًا لإطلاق الهيكل. سينقل كل بلاط الطاقة المحولة بشكل مستقل، وإذا فشل أحدها، فسوف يستمر الباقي في العمل. إن فقدان بعض العناصر بسبب التوهجات الشمسية أو النيازك الصغيرة لن يضر بمحطة الطاقة. وفقا لحسابات العلماء، مع الإنتاج الضخم، ستكون تكلفة الكهرباء من هذا المصدر أقل من استخدام الفحم أو الغاز الطبيعي.

أصبحت النسبة المئوية للمنشآت الشمسية المثبتة على الأرض في التوازن الإجمالي لإمدادات الطاقة في العديد من البلدان حول العالم أعلى بشكل متزايد. لكن قدرات محطات توليد الطاقة هذه محدودة: ففي الليل وفي السحب الكثيفة، تفقد الألواح الشمسية قدرتها على توليد الكهرباء. ولذلك فإن الخيار الأمثل هو وضع محطات الطاقة الشمسية في المدار، حيث لا يفسح النهار المجال لليل، ولا تشكل السحب حواجز بين الشمس والألواح. الميزة الرئيسية لبناء محطة كهرباء في الفضاء هي كفاءتها المحتملة. يمكن للألواح الشمسية الموجودة في الفضاء أن تولد طاقة أكثر بعشر مرات من البطاريات الموجودة على سطح الأرض.

لقد تم تطوير فكرة محطات الطاقة المدارية منذ فترة طويلة؛ وقد شارك علماء من وكالة ناسا والبنتاغون في أبحاث مماثلة منذ الستينيات. وفي السابق، كان تنفيذ مثل هذه المشاريع يعوقه ارتفاع تكلفة النقل، ولكن مع تطور التكنولوجيا، قد تصبح محطات الطاقة الفضائية حقيقة واقعة في المستقبل المنظور.

هناك بالفعل العديد من المشاريع المثيرة للاهتمام لبناء منشآت الطاقة الشمسية في المدار. وبالإضافة إلى مبادرة الطاقة الشمسية الفضائية، يقوم الأمريكيون بتطوير لوحة شمسية مدارية تمتص الإشعاع الشمسي وتنقل حزم الإلكترونات باستخدام موجات الراديو إلى جهاز استقبال على الأرض. كان مؤلفو التطوير متخصصين من مختبر أبحاث البحرية الأمريكية. لقد قاموا ببناء وحدة شمسية مدمجة مع لوحة كهروضوئية على جانب واحد. يوجد داخل اللوحة إلكترونيات تعمل على تحويل التيار المباشر إلى تردد راديوي لنقل الإشارات، ويدعم الجانب الآخر هوائيًا لنقل حزم الإلكترونات إلى الأرض.

وفقا للمؤلف الرئيسي للتطوير، بول جافي، كلما انخفض تردد شعاع الإلكترون الذي يحمل الطاقة، كلما كان انتقاله أكثر موثوقية في الأحوال الجوية السيئة. وعلى تردد 2.45 جيجا هرتز، يمكنك الحصول على الطاقة حتى خلال موسم الأمطار. سيوفر مستقبل الطاقة الشمسية الطاقة لجميع العمليات العسكرية، ويمكن نسيان مولدات الديزل إلى الأبد.

والولايات المتحدة ليست الدولة الوحيدة التي تخطط لتلقي الكهرباء من الفضاء. وقد أجبر الصراع العنيف على موارد الطاقة التقليدية العديد من الدول على البحث عن مصادر بديلة للطاقة.

قامت وكالة استكشاف الفضاء اليابانية JAXA بتطوير منصة كهروضوئية لتركيبها في مدار الأرض. وسيتم إمداد الطاقة الشمسية المجمعة باستخدام المنشأة إلى محطات الاستقبال على الأرض وتحويلها إلى كهرباء. سيتم جمع الطاقة الشمسية على ارتفاع 36 ألف كيلومتر.

ومن المفترض أن يبدأ تشغيل مثل هذا النظام، الذي يتكون من سلسلة من المحطات الأرضية والمدارية، في وقت مبكر من عام 2030، بقدرة إجمالية تبلغ 1 جيجاوات، وهو ما يعادل محطة طاقة نووية قياسية. ولتحقيق هذه الغاية، تخطط اليابان لبناء جزيرة اصطناعية بطول 3 كيلومترات، سيتم نشر شبكة مكونة من 5 مليارات هوائي لتحويل موجات الراديو فائقة التردد إلى كهرباء. ويثق الباحث في وكالة استكشاف الفضاء اليابانية، سوسومي ساساكي، الذي قاد عملية التطوير، في أن وضع البطاريات الشمسية في الفضاء سيؤدي إلى ثورة في الطاقة، مما يجعل من الممكن بمرور الوقت التخلي تمامًا عن مصادر الطاقة التقليدية.

ولدى الصين خطط مماثلة، حيث ستقوم ببناء محطة للطاقة الشمسية في مدار حول الأرض أكبر من محطة الفضاء الدولية. وتبلغ المساحة الإجمالية للألواح الشمسية للتركيب 5-6 آلاف متر مربع. كم. ووفقا لحسابات الخبراء، فإن مثل هذه المحطة سوف تجمع الأشعة الشمسية بنسبة 99% من الوقت، وستكون الألواح الشمسية الفضائية قادرة على توليد كهرباء أكثر بعشرة أضعاف لكل وحدة مساحة من نظيراتها الأرضية. ومن المفترض أن يتم تحويل الكهرباء المولدة إلى موجات ميكروويف أو شعاع ليزر لنقلها إلى المجمع الأرضي. ومن المقرر أن يبدأ البناء في عام 2030، وتبلغ تكلفة المشروع حوالي تريليون دولار.

يقوم المهندسون في جميع أنحاء العالم بتقييم إمكانيات بناء محطات الطاقة الشمسية الفضائية ليس فقط في المدار، ولكن أيضًا في المناطق الأقرب إلى الشمس، بالقرب من عطارد. في هذه الحالة، سوف تكون هناك حاجة إلى ما يقرب من 100 مرة أقل من الألواح الشمسية. في هذه الحالة، يمكن نقل أجهزة الاستقبال من سطح الأرض إلى طبقة الستراتوسفير، مما سيسمح بنقل الطاقة بكفاءة في نطاقات المليمتر ودون المليمتر.

كما يجري تطوير مشاريع محطات الطاقة الشمسية القمرية.

على سبيل المثال، اقترحت شركة شيميزو اليابانية إنشاء حزام من الألواح الشمسية يمتد على طول خط استواء القمر بأكمله لمسافة 11 ألف كيلومتر وعرض 400 كيلومتر.

وسيتم وضعه على الجانب الخلفي من القمر الصناعي للأرض بحيث يتعرض النظام باستمرار لأشعة الشمس. يمكن توصيل اللوحات باستخدام كابلات الطاقة التقليدية أو الأنظمة البصرية. ومن المخطط أن يتم نقل الكهرباء المولدة باستخدام هوائيات كبيرة واستقبالها باستخدام أجهزة استقبال خاصة على الأرض.

من الناحية النظرية، يبدو المشروع رائعًا، كل ما تبقى هو معرفة كيفية إيصال مئات الآلاف من الألواح إلى القمر الصناعي للأرض وتركيبها هناك، وكذلك كيفية إيصال الطاقة من القمر إلى كوكبنا دون خسارة جزء كبير منها. منه على طول الطريق: بعد كل شيء، سيتعين عليك قطع 364 ألف كيلومتر. لذا فإن أفكار إنشاء محطات الطاقة القمرية بعيدة جدًا عن الواقع، وإذا تحققت فلن يكون ذلك قريبًا جدًا.

تاتيانا جروموفا

• محطات طاقة رائعة

ليس سراً أنه تماشياً مع النضال المستمر من أجل طاقة أكثر إنتاجية وصديقة للبيئة وأرخص ثمناً، تلجأ البشرية بشكل متزايد إلى مصادر بديلة للطاقة الثمينة. في العديد من البلدان، حدد عدد كبير إلى حد ما من السكان الحاجة إلى استخدام وحدات الطاقة الشمسية لتزويد منازلهم بالكهرباء.

بعضهم توصل إلى هذا الاستنتاج بفضل حسابات صعبة لتوفير الموارد المادية، والبعض الآخر اضطر إلى اتخاذ مثل هذه الخطوة المسؤولة بسبب الظروف، أحدها كان الموقع الجغرافي الذي يتعذر الوصول إليه، مما تسبب في عدم وجود اتصالات موثوقة. ولكن ليس فقط في الأماكن التي يصعب الوصول إليها تكون هناك حاجة إلى الألواح الشمسية. هناك حدود أبعد بكثير من حافة الأرض - هذا هو الفضاء. تعتبر البطارية الشمسية الموجودة في الفضاء المصدر الوحيد لتوليد الكمية المطلوبة من الكهرباء.

أساسيات الطاقة الشمسية الفضائية

ظهرت فكرة استخدام الألواح الشمسية في الفضاء لأول مرة منذ أكثر من نصف قرن، وذلك خلال عمليات الإطلاق الأولى للأقمار الصناعية الأرضية. في ذلك الوقت، في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية، أثبت نيكولاي ستيبانوفيتش ليدورينكو، الأستاذ والمتخصص في مجال الفيزياء، وخاصة في مجال الكهرباء، الحاجة إلى استخدام مصادر الطاقة التي لا نهاية لها في المركبات الفضائية. هذه الطاقة لا يمكن أن تكون إلا طاقة الشمس، والتي يتم إنتاجها باستخدام الوحدات الشمسية.

وحاليا، تعمل جميع المحطات الفضائية على الطاقة الشمسية حصريا.

والفضاء بحد ذاته هو مساعد كبير في هذا الأمر، لأن أشعة الشمس، الضرورية جدًا لعملية التمثيل الضوئي في الوحدات الشمسية، متوفرة بكثرة في الفضاء الخارجي، ولا يوجد أي تدخل في استهلاكها.

قد يكون من عيوب استخدام الألواح الشمسية في المدار الأرضي المنخفض تأثير الإشعاع على المادة المستخدمة في صنع لوحة التصوير الفوتوغرافي. وبسبب هذا التأثير السلبي يتغير هيكل الخلايا الشمسية مما يؤدي إلى انخفاض توليد الكهرباء.

محطات طاقة رائعة

تجري حاليا في المختبرات العلمية في جميع أنحاء العالم مهمة مماثلة - البحث عن الكهرباء المجانية من الشمس. ليس فقط على نطاق منزل أو مدينة فردية، ولكن على نطاق الكوكب بأكمله. يتمثل جوهر هذا العمل في إنشاء وحدات شمسية ضخمة الحجم وبالتالي إنتاج الطاقة.

مساحة هذه الوحدات ضخمة ووضعها على سطح الأرض سيترتب عليه صعوبات كثيرة مثل:

• مساحات كبيرة ومجانية لتركيب أجهزة استقبال الضوء،
• تأثير الظروف الجوية على كفاءة الوحدات،
• تكاليف صيانة وتنظيف الألواح الشمسية.

كل هذه الجوانب السلبية تستبعد تركيب مثل هذا الهيكل الضخم على الأرض. ولكن هناك طريقة للخروج. ويتكون من تركيب وحدات شمسية عملاقة في مدار أرضي منخفض. عندما يتم تنفيذ مثل هذه الفكرة، ستحصل البشرية على مصدر للطاقة الشمسية يتعرض دائمًا لأشعة الشمس، ولن يحتاج أبدًا إلى إزالة الثلوج، والأهم من ذلك أنه لن يشغل مساحة مفيدة على الأرض.

وبطبيعة الحال، من سيكون أول من قام بتركيب الألواح الشمسية للفضاء، هو الذي سيحدد شروطه في قطاع الطاقة العالمي في المستقبل. ليس سرا أن احتياطيات المعادن على أرضنا ليست فقط لا نهاية لها، بل على العكس من ذلك، كل يوم يذكرنا بأن البشرية ستضطر قريبا إلى التحول إلى مصادر بديلة بالقوة. وهذا هو السبب في أن تطوير وحدات الطاقة الشمسية الفضائية في مدار الأرض مدرج في قائمة المهام ذات الأولوية لمهندسي الطاقة والمتخصصين في تصميم محطات توليد الطاقة في المستقبل.

مشاكل وضع الوحدات الشمسية في مدار الأرض

لا تقتصر الصعوبات في إنشاء محطات الطاقة هذه على تركيب وتسليم ونشر الوحدات الشمسية في المدار الأرضي المنخفض. أكبر المشاكل ناتجة عن انتقال التيار الكهربائي الناتج عن وحدات الطاقة الشمسية إلى المستهلك، أي إلى الأرض. بالطبع، لا يمكنك تمديد الأسلاك، ولا يمكنك نقلها في حاوية. تكاد تكون هناك تقنيات غير واقعية لنقل الطاقة عبر المسافات بدون مواد ملموسة. لكن مثل هذه التقنيات تثير العديد من الفرضيات المثيرة للجدل في العالم العلمي.

أولاً، فإن مثل هذا الإشعاع القوي سيؤثر سلبًا على مساحة واسعة من استقبال الإشارة، أي أن جزءًا كبيرًا من كوكبنا سوف يتعرض للإشعاع. ماذا لو كان هناك الكثير من هذه المحطات الفضائية مع مرور الوقت؟ وهذا يمكن أن يؤدي إلى تشعيع سطح الكوكب بأكمله، مما يؤدي إلى عواقب غير متوقعة.

ثانيًاوالنقطة السلبية قد تكون التدمير الجزئي للطبقات العليا من الغلاف الجوي وطبقة الأوزون، في الأماكن التي تنتقل فيها الطاقة من محطة توليد الكهرباء إلى جهاز الاستقبال. حتى الطفل يمكنه أن يتخيل عواقب من هذا النوع.

وبالإضافة إلى كل شيء، هناك العديد من الفروق الدقيقة ذات الطبيعة المختلفة التي تزيد من الجوانب السلبية وتؤخر إطلاق مثل هذه الأجهزة. يمكن أن تكون حالات الطوارئ هذه كثيرة، بدءًا من صعوبة إصلاح الألواح في حالة حدوث انهيار غير متوقع أو اصطدام بجسم كوني، إلى المشكلة المبتذلة المتمثلة في كيفية التخلص من مثل هذا الهيكل غير العادي بعد انتهاء مدة خدمته.

وعلى الرغم من كل الجوانب السلبية، فإن الإنسانية، كما يقولون، ليس لديها مكان تذهب إليه. الطاقة الشمسية، اليوم، هي مصدر الطاقة الوحيد الذي يمكنه، نظرياً، تغطية احتياجات الناس المتزايدة من الكهرباء. لا يمكن لأي من مصادر الطاقة الموجودة حاليًا على وجه الأرض مقارنة آفاقها المستقبلية بهذه الظاهرة الفريدة.

الإطار الزمني التقريبي للتنفيذ

لقد توقفت محطة الطاقة الشمسية الفضائية منذ فترة طويلة عن كونها مسألة نظرية. ومن المقرر بالفعل الإطلاق الأول لمحطة الطاقة في مدار الأرض في عام 2040.وبطبيعة الحال، هذا مجرد نموذج تجريبي، وهو بعيد كل البعد عن الهياكل العالمية التي من المقرر بناؤها في المستقبل. إن جوهر هذا الإطلاق هو أن نرى عمليًا كيف ستعمل محطة الطاقة هذه في ظل ظروف التشغيل. والدولة التي تولت مثل هذه المهمة الصعبة هي اليابان. ومن المفترض أن تكون المساحة المقدرة للبطاريات، نظريًا، حوالي أربعة كيلومترات مربعة.

إذا أظهرت التجارب إمكانية وجود ظاهرة مثل محطة الطاقة الشمسية، فسيكون لتيار الطاقة الشمسية مسار واضح لتطوير مثل هذه الاختراعات. إذا كان الجانب الاقتصادي لن يكون قادرا على وقف الأمر برمته في المرحلة الأولية. والحقيقة هي أنه، وفقا للحسابات النظرية، من أجل إطلاق محطة طاقة شمسية كاملة في المدار، هناك حاجة إلى أكثر من مائتي إطلاق مركبات إطلاق البضائع. لمعلوماتك، تبلغ تكلفة إطلاق شاحنة ثقيلة واحدة، بناءً على الإحصائيات الحالية، ما يقرب من 0.5 إلى 1 مليار دولار. العملية الحسابية بسيطة، والنتائج غير مطمئنة.

المبلغ الناتج ضخم، وسيتم استخدامه فقط لتسليم العناصر المفككة إلى المدار، ولكن لا يزال من الضروري تجميع مجموعة البناء بأكملها.

لتلخيص كل ما قيل، يمكن الإشارة إلى أن إنشاء محطة للطاقة الشمسية الفضائية هي مسألة وقت، ولكن مثل هذا الهيكل لا يمكن بناؤه إلا من قبل القوى العظمى التي ستكون قادرة على تحمل العبء الاقتصادي الكامل من التنفيذ من العملية.