كشفت التجربة عن خطورة محطات الطاقة الشمسية الفضائية

تتسابق الصين لأخذ زمام المبادرة في مجال الطاقة الشمسية الفضائية، لكن دراسة جديدة تحذر من أن أشعة الليزر القوية التي تبث الطاقة إلى الأرض يمكن أن تشكل تهديدا خطيرا للأقمار الصناعية الأخرى الموجودة في مدار أرضي منخفض مزدحم.

إذا انحرفت هذه الحزم عن هدفها بسبب فشل التوجيه أو الأعطال، فقد تصطدم بالمركبات الفضائية القريبة، أو تؤدي إلى ارتفاع درجة حرارة الألواح الشمسية، أو تؤدي إلى تفريغ كهربائي. تم التوصل إلى هذا الاستنتاج من قبل مجموعة من المتخصصين من معهد بكين لهندسة الفضاء.

فكرة جمع الطاقة الشمسية في الفضاء ونقلها لاسلكيا إلى الأرض كانت أول من اقترحها العالم التشيكي الأمريكي بيتر جلاسر في ستينيات القرن الماضي. على عكس محطات الطاقة الشمسية الأرضية، فإن تشغيل محطات الطاقة الشمسية الفضائية لا يعتمد على الطقس والوقت من اليوم.

اعتمدت المفاهيم المبكرة على إرسال الموجات الدقيقة وهوائيات بطول كيلومتر واحد، مما يجعل الفكرة بعيدة عن التنفيذ العملي. وقد أدت التطورات الحديثة في الصواريخ القابلة لإعادة الاستخدام، والمواد خفيفة الوزن، والتحكم الدقيق في الشعاع إلى إشعال الاهتمام العالمي بهذه التكنولوجيا.

اليوم، يتم تطوير هذا المجال بنشاط من قبل الولايات المتحدة واليابان والصين والدول الأوروبية. يقود الأمريكيون الطريق بنموذج أولي مداري بقيادة معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا في عام 2023 والذي أظهر نقل الطاقة القائم على الشعاع.

لدى الإمبراطورية السماوية أيضًا خطط طموحة. ويتمثل الهدف الوطني المعلن في وضع نظام تجريبي ميجاوات في المدار بحلول عام 2030، مع احتمال التشغيل التجاري بحلول منتصف القرن.

ومع ذلك، فإن المدار الأرضي المنخفض موجود بالفعل مشغول بالآلاف الأقمار الصناعية، بما في ذلك كوكبة Starlink التابعة لشركة SpaceX، ويستمر إطلاق الأجهزة الجديدة من قبل الشركات والحكومات حول العالم، والصين، بالمناسبة، هنا بين القادة. في ظل هذه الظروف، تزداد احتمالية اصطدام أشعة الطاقة بالأجسام الغريبة عن طريق الخطأ.

ولدراسة التأثيرات المحتملة لليزر الفضائي على الأقمار الصناعية القريبة، أعاد فريق بكين إنشاء السمات الرئيسية للبيئة المدارية في المختبر. تم وضع جزء من لوحة شمسية في غرفة مفرغة مملوءة بالبلازما منخفضة الكثافة، وهو الغاز المتأين المخلخل الذي يحيط بالأقمار الصناعية في مدار أرضي منخفض. ونشرت نتائج التجارب في مجلة صينية أشعة الليزر والجسيمات عالية الطاقة.

وفي الفضاء، تكتسب الأقمار الصناعية بطبيعة الحال شحنة سالبة طفيفة. ولأن الألواح الشمسية تجمع بين طبقات موصلة وعازلة، فإن هذه الشحنة تتوزع بشكل غير متساو، مما يخلق فرق جهد يسبب ذلك تصبح بعض المناطق أكثر عرضة للتفريغ الكهربائي المفاجئ.

ولمحاكاة انحراف الشعاع، أطلق الباحثون نبضات ليزر فائقة القصر على لوحة العينة. سجلت الكاميرات وأجهزة الاستشعار عالية السرعة ومضات قصيرة المدى من الضوء والارتفاعات الحالية، مما يشير إلى حدوث التصريفات.

لقد اتضح أن أشعة الليزر ذات الطاقة الأعلى والطول الموجي الأقصر تتسبب في حدوث تفريغ في كثير من الأحيان. وعلى الرغم من أن هذه الأحداث قصيرة الأجل، إلا أنها يمكن أن تُدخل تيارات غير طبيعية إلى أنظمة المركبات الفضائية، مما يؤدي إلى إتلاف الأجهزة الإلكترونية الحساسة أو إثارة إجراءات الطوارئ.

وقال العلماء إن النتائج تسلط الضوء على الحاجة إلى اختيار معايير الليزر بعناية لنقل الطاقة في الفضاء، بالإضافة إلى تطوير حماية أكثر مرونة للأقمار الصناعية التي قد تضطر إلى مشاركة المدار مع محطات الطاقة الكبيرة.

وخلصوا إلى أن “نتائجنا تقدم توصيات لاختيار معلمات ليزر أكثر أمانًا وتطوير تدابير وقائية للألواح الشمسية الساتلية”.