انرژی خورشیدی فضایی؛ از رویاپردازی تا واقعیت

اروپا به طور جدی در حال بررسی سرمایه گذاری بزرگ در انرژی خورشیدی فضایی است و چنین ابتکاری مستلزم افزایش 200 برابری ظرفیت پرتاب به فضای فعلی است.

به گزارش تک ناک،رهبر آژانس فضایی اروپا این هفته اعلام کرد که اروپا به طور جدی در حال بررسی توسعه انرژی خورشیدی فضایی برای افزایش استقلال انرژی و کاهش انتشار گازهای گلخانه ای است.
جوزف اشباخر، مدیر کل آژانس فضایی که یک سازمان بین دولتی متشکل از 22 کشور است گفت: “این به اروپا، ESA و کشورهای عضو آن بستگی دارد که از این فناوری برای حل یکی از مشکلات مبرم مردم نسل فعلی کره زمین استفاده کنند.”

پیش از این آژانس فضایی مطالعاتی را از گروه‌های مشاور بریتانیایی و آلمانی برای برآورد هزینه‌ها و مزایای توسعه انرژی خورشیدی فضایی سفارش داده بود. ESA این پژوهش ها را این هفته به منظور ارائه اطلاعات فنی و برنامه ای به سیاست گذاران در اروپا منتشر کرد.

اشباخر عنوان کرد که این سازمان بر موضوع انرژی خورشیدی فضایی به عنوان موضوعی کلیدی برای کربن زدایی تولید انرژی برای ایجاد پشتیبانی در اروپا پژوهش کرده است و برنامه Solaris خود را در نوامبر به شورای ESA ارائه خواهد کرد. این شورا اولویت ها و بودجه را برای ESA مشخص می کند. بر اساس برنامه های اشباخر، توسعه سیستم انرژی خورشیدی در سال 2025 آغاز خواهد شد.

در مفهوم، انرژی خورشیدی مبتنی بر فضا بسیار ساده است. ماهواره هایی که به دور بالای جو زمین می چرخند، انرژی خورشیدی را جمع آوری کرده و به جریان تبدیل می کنند. سپس این انرژی از طریق امواج مایکروویو به زمین بازتاب می‌شود، جایی که توسط سلول‌های فتوولتائیک یا آنتن‌ها گرفته می‌شود و به برق برای مصارف مسکونی یا صنعتی تبدیل می‌شود.
مزایای اصلی جمع آوری انرژی خورشیدی از فضا، به جای روی زمین، این است که شب یا ابری وجود ندارد که در جمع آوری تداخل ایجاد کند و یا تابش خورشید بسیار بیشتر از عرض های جغرافیایی شمالی قاره اروپا است.
ماهواره مهم ترین مزیت اصلی جمع آوری انرژی خورشیدی از فضا، به جای زمین، این است که در بالای جو زمین شب یا ابری وجود ندارد که در جمع آوری انرژِی تداخل ایجاد کند. همچنین تابش خورشید در بالای جو زمین بسیار بیشتر از عرض های جغرافیایی شمالی قاره اروپا است.
برنامه ها
دو گزارش مشاوره در مورد توسعه فناوری و بودجه مورد نیاز برای شروع راه اندازی کردن یک سیستم برق قدرت مبتنی بر انرژی خورشیدی فضایی ارائه شده است . اروپا در حال حاضر سالانه حدود 3 هزار تراوات ساعت برق مصرف می‌کند . گزارش‌ها تأسیسات عظیمی را در مدار زمین ثابت توصیف می‌کنند که می‌تواند حدود یک چهارم تا یک سوم این حجم مصرف برق در اروپا را را برآورده کند. راه اندازی و توسعه این سیستم ها صدها میلیارد یورو هزینه خواهد داشت.
این سوال پیش می آید که چرا انقدر زیاد؟
جمع آوری انرژی خورشیدی فضایی به مجموعه‌ای از ده‌ها ماهواره عظیم برای جمع‌آوری نور خورشید در 36هزار کیلومتری زمین نیاز دارد. جرم هر یک از این ماهواره ها 10 برابر یا بیشتر از جرم ایستگاه فضایی بین المللی است که 450 تن متریک است. این ماهواراه ها به زمان بیش از یک دهه برای مونتاژ در مدار پایین زمین نیاز دارد. پرتاب اجزای این ماهواره ها در نهایت به صدها یا به احتمال زیاد هزاران راکت بالابر سنگین نیاز دارد.
گزارش شرکت انگلیسی Frazer-Nash شامل عکسی از موشک Falcon Heavy شرکت اسپیس ایکس و طرحی از خودروی استارشیپ آن است. این گزارش‌ها همچنین خاطرنشان می‌کنند که شروع یک برنامه انرژی خورشیدی مبتنی بر فضا می‌تواند به توسعه یک موشک بالابر فوق‌سنگین کاملاً قابل استفاده مجدد در اروپا برای این منظور کمک کند. نکته اصلی این است که تقاضا برای راه اندازی فوق العاده خواهد بود.
در گزارش فریزر-نش آمده است: «با استفاده از قابلیت های کوتاه مدت پیش‌بینی‌شده، مانند Starship اسپیس ایکس و محدودیت‌های پرتاب فعلی، انتقال یک ماهواره به مدار بین ۴ تا ۶ سال زمان می برد.». انتقال تعداد ماهواره های مورد نیاز برای تحقق نقشی که SBSP می تواند در ترکیب انرژی در سال 2050 داشته باشد، مستلزم افزایش 200 برابری ظرفیت پرتاب فضایی در حال حاضر است.
اگرچه مفهوم انرژی خورشیدی فضایی جذاب است، اما منتقدان بسیاری هم دارد . در میان منتقدان، ایلان ماسک است، که می‌توان انتظار داشت از فناوری مبتنی بر فضا و تامین انرژی خورشیدی حمایت کند. اما او این فناوری را به طرز عجیبی کاملاً نادیده گرفته است.
او چندین سال پیش گفت: “این احمقانه ترین چیز است.” “اگر کسی باید انرژی خورشیدی فضایی را دوست داشته باشد، باید من باشم. من یک شرکت موشکی و یک شرکت انرژی خورشیدی دارم. باید واقعاً روی آن کار کنم. اما واضح است که انرژی خورشیدی فضایی کار نمی کند. باید بهتر از داشتن پنل های خورشیدی روی زمین باشد.. با یک پنل خورشیدی در مدار، شما دو برابر انرژی خورشیدی دریافت می کنید، اما باید یک تبدیل مضاعف انجام دهید: فوتون به الکترون و فوتون دوباره به الکترون.
راندمان تبدیل شما چقدر است؟ حتی رسیدن به 50 درصد هم خیلی سخت خواهد بود. پس فقط پنل های خورشیدی را روی زمین قرار دهید.”
ایلان ماسک تنها نیست ! در یک تحلیل آنلاین، فیزیکدان کیسی هاندمر، چهار حوزه را مشخص کرد که آنها هزینه های انرژی خورشیدی مبتنی بر فضا را بسیار گران می کندو شامل تلفات انتقال، تلفات حرارتی، هزینه های پشتیبانی و جریمه فناوری فضایی می شود .
بر اساس برآورد هاندمر، انرژی خورشیدی مبتنی بر فضا حداقل “با ضریب سه برابر ” گرانتر از منابع انرژی زمینی است.
هندمر نوشت: «من می‌توانم در تمام طول روز خیلی ریلکس فرضیه سازی کنم. من می‌توانم ۱۰۰ درصد راندمان انتقال، هزینه‌های پرتاب مداری ۱۰ دلار به ازای هر کیلوگرم، تساوی کامل هزینه‌های توسعه و تدارکات و کمبود فلج‌کننده در زمین را در نظر بگیرم. حتی در این صورت، انرژی خورشیدی مبتنی بر فضا هنوز رقابتی نیست. من می‌توانم یک اقتصاد فضایی لوکس کمونیستی کاملاً خودکار پس از رفع کمبود ها ، با روبات‌های خود تکراری که سیارک‌ها را به پنل‌های خورشیدی تبدیل می‌کنند، در نظر بگیرم و حتی در این صورت، مردم همچنان ترجیح می‌دهند که پنل‌های خورشیدی را روی سقف های خانه خود داشته باشند.”
گزارش‌های ارائه شده توسط آژانس فضایی اروپا نگرانی اصلی منتقدان انرژی خورشیدی فضایی را برطرف نمی‌کند: انرژی خورشیدی فضایی نمی‌تواند از نظر هزینه تولید با منابع انرژی زمینی، از جمله پنل‌های خورشیدی زمینی رقابت کند. اروپا ممکن است در عرض جغرافیایی بالاتر از ایده‌آل برای تولید انرژی خورشیدی قرار داشته باشد، اما خشکی‌های این قاره اغلب روزها ابری هستند. اما با این وجود، تولید انرژی در فضا نیازمند یارانه‌های هنگفت از سوی دولت‌های اروپایی برای رقابت باهزینه تولید انرژی زمینی است.
شاید مسئله جنگ در اوکراین و کمبود ارائه گاز طبیعی روسیه برای پیشبرد این پروژه انگیزه لازم باشد.اما خوب است که ببینیم یک آژانس فضایی بزرگ فناوری ‌ای را میخواهد عملی کند که دهه‌ها به‌عنوان یک داستان علمی تخیلی مورد بحث قرار گرفته است. اما موانع در این مسیر زیاد و جدول زمانی طولانی است.
به نوعی، در آینده ای دور، زمین احتمالاً انرژی خود را از فضا تامین خواهد کرد. اما آیا این اتفاق دراین قرن یا 200 سال آینده رخ میدهد؟ شکی نیست که انرژی خورشیدی فضایی، گسترده‌ترین و جاه‌طلبانه‌ترین پروژه‌ آژانس فضایی اروپا است. در واقع، احتمالاً این برنامه آپولو قرن بیست و یکم است اما فقط در مقیاسی بزرگتر و گران تر.