هل ناسا متوقفة عن استخدام الطاقة الشمسية الفضائية؟ وكالة ناسا تدخل على خط تحرير العالم من الوقود الأحفوري

في هذا الشهر، ألقت وكالة ناسا بظلالها على واحد من أكثر الآفاق رؤية فيما يتصل بتحرير العالم من الوقود الأحفوري: جمع الطاقة الشمسية في الفضاء وإرسالها إلى الأرض.

ووجد تقرير للوكالة أن هذا المخطط ممكن بحلول عام 2050، لكنه سيكلف ما بين 12 إلى 80 ضعف تكلفة مصادر الطاقة المتجددة الأرضية.

وتمضي العديد من الوكالات الحكومية والشركات بشجاعة قدماً في خطط العرض التوضيحي. ويقول بعض الباحثين إن تحليل ناسا متشائم للغاية.

يقول مارتن سولتو، الرئيس التنفيذي المشارك لشركة سبيس سولار، وهي شركة تطوير تمولها الحكومة والصناعة في المملكة المتحدة: “هناك افتراضات خاطئة تماما، وأخرى متحفظة بشكل لا يصدق”. “ليس هناك خيال.” ويشير هو وآخرون إلى أن ناسا نفسها تقول إن افتراضات أكثر تفاؤلاً بعض الشيء – بما في ذلك انخفاض تكاليف الإطلاق التي يعتقد الكثيرون أنها في متناول اليد – ستجعل التكنولوجيا فجأة قادرة على المنافسة مع الطاقة المتجددة الأرضية.

سحر الطاقة الشمسية الفضائية

الطاقة الشمسية الفضائية لديها العديد من السحر، أولاً، لا توجد غيوم في الفضاء، وفي الموقع الصحيح، لا يوجد ليل. في المدار الثابت بالنسبة للأرض، يمكن لألواح الطاقة الشمسية تتبع الشمس وجمع الطاقة على مدار الساعة طوال أيام الأسبوع، وإرسالها إلى الأرض في أشعة ميكروويف لطيفة بما يكفي لتجنب قلي الطيور والطائرات.

ومن خلال العقارات المجانية، يمكن جعل الهياكل المدارية كبيرة بما يكفي لإنتاج بضعة جيجاوات، وهو ما ينافس إنتاج محطة طاقة نووية أو تعمل بالفحم. إن رفع آلاف الأطنان من المواد إلى المدار هو المشكلة الرئيسية. وقد درست وكالة ناسا الفكرة في السبعينيات، لكنها وجدت أن إطلاق المكوك الفضائي وتجميع رواد الفضاء كان باهظ التكلفة.

إن التقدم في مجال التجميع الآلي والانخفاض الحاد في تكاليف الألواح الشمسية وإطلاق الصواريخ يدفع الحكومات ووكالات الفضاء إلى إلقاء نظرة أخرى. ناسا، على سبيل المثال، قامت بفحص تكلفة دورة حياة الكهرباء لمحطة طاقة مدارية بقدرة 2 جيجاوات، في شكلين: أحدهما يستخدم مرايا قابلة للتوجيه لتركيز الضوء على الخلايا الكهروضوئية وتحويل الطاقة إلى موجات ميكروويف لإرسالها إلى الأرض، والآخر يستخدم يستخدم العديد من “ألواح الساندوتش” مع الخلايا الشمسية من جهة وجهاز إرسال الموجات الدقيقة من جهة أخرى. في حين أن نظام المرآة الأكثر مرونة يمكنه بث الطاقة بنسبة 99% من الوقت، فإن الألواح المسطحة تقتصر على 60% بسبب الحاجة إلى مواجهة الشمس.

ستارشيب سيحل مشكلة النقل 

ووجد التقرير أن تكوين المرآة كان أكثر فعالية من حيث التكلفة، لكن حتى الأمر سيتطلب رفع 5900 طن إلى المدار وإطلاق أكثر من 2300 صاروخ. وتمثل تكاليف الإطلاق هذه 71% من إجمالي السعر البالغ 276 مليار دولار.

تعتمد ناسا على ستارشيب، وهو صاروخ عملاق قابل لإعادة الاستخدام بالكامل قيد التطوير بواسطة سبيس إكس، سيكون قادرًا على رفع ما يصل إلى 150 طنًا في المرة الواحدة إلى مدار أرضي منخفض، بمجرد التغلب على مشاكل التسنين التي قضت على أول اختبارين للإطلاق.

لقد أحدث صاروخ الشركة Falcon 9 القابل لإعادة الاستخدام جزئيًا ثورة في مجال الإطلاق منذ ظهوره لأول مرة في عام 2010، حيث خفض تكاليف الإطلاق من ما يزيد عن 7000 دولار لكل كيلجغرام من الحمولة إلى أقل من 3000 دولار لكل كيلوجرام.

تقول لورا فورشيك من شركة استراليتيكال Astralytical، وهي شركة استشارية في مجال صناعة الفضاء: “بمجرد تشغيل ستارشيب، سيتغير كل شيء مرة أخرى”.

بعد التحدث مع خبراء الصناعة، استقرت ناسا على مبلغ 1000 دولار لكل كيلوغرام من الحمولة التي تحملها مركبة ستارشيب، كما تقول الكاتبة الرئيسية للتقرير، إيريكا رودجرز من مكتب ناسا للتكنولوجيا والسياسة والاستراتيجية. يبدو هذا الرقم مرتفعًا للآخرين.

وقال أحد مستشاري SpaceX في مؤتمر العام الماضي إن الشركة ستحقق رقمًا قدره 200 دولار للكيلوغرام الواحد. استخدمت وكالة الفضاء الأوروبية (ESA) في توقعاتها تقديرات تكلفة الإطلاق التي تتراوح بين 300 إلى 500 دولار للكيلوغرام الواحد، كما يقول سانجاي فيجيندران، الذي يرأس برنامج سولاريس التابع للوكالة.

12 جهازًا آخر لتوفير الوقود للصواريخ

افترضت ناسا أيضًا أنه مقابل كل إطلاق للأجهزة في مدار منخفض، ستكون هناك حاجة إلى 12 جهازًا آخر لتوفير الوقود للصواريخ لنقل الأجهزة إلى مدارات أعلى بكثير ثابتة بالنسبة للأرض.

يقول سولتو إن هذا له “تأثير مضاعف هائل” على التكلفة، وإن القاطرات الفضائية التي تعمل بالطاقة الشمسية يمكنها نقل الأجهزة بتكلفة أقل بكثير، ولكن بشكل أبطأ. ويشير أيضًا إلى أن ناسا قارنت تكلفة الأجهزة الفضائية الأولى من نوعها مع تقنيات الرياح والطاقة الشمسية الناضجة على الأرض.

وعندما تبنت وكالة ناسا افتراضات أكثر وردية ــ تكاليف إطلاق قدرها 500 دولار للكيلوغرام الواحد، وقاطرات فضائية كهربائية لتعزيز المدارات، وأجهزة أرخص ــ وجدت أن الطاقة الشمسية الفضائية لم تكن رخيصة بنفس تكلفة الطاقة المتجددة الأرضية فحسب، بل إنها صديقة للبيئة أيضا. من حيث انبعاثات غازات الدفيئة خلال دورة حياتها.

المضي قدمًا بحذر

ونظرًا للنتيجة النهائية المتشائمة، أوصى تقرير وكالة ناسا بالمضي قدمًا بحذر، لكن آخرين يمضون قدما. في الأسبوع الماضي، أعلن باحثون في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا عن الانتهاء من مهمة فضائية مدتها عام، بتمويل قدره 100 مليون دولار من فاعلي الخير دونالد وبريجيت برين، والتي اختبرت، من بين أمور أخرى، نقل الطاقة باستخدام شعاع الميكروويف . يقول فيجيندران: “إنها خطوة أولى رائعة”.

في عام 2025، سيقوم كل من مختبر أبحاث القوات الجوية الأمريكية ووكالة الفضاء اليابانية باختبار إرسال طاقة الموجات الدقيقة من مركبة فضائية في المدار إلى الأرض.

قامت وكالة الفضاء الأوروبية بدراسة البنى المحتملة وتسعى للحصول على تمويل من الدول الأعضاء لتطوير التكنولوجيا. تطلب Space Solar من حكومة المملكة المتحدة تمويل برنامج تطوير مدته 6 سنوات بقيمة 800 مليون دولار من شأنه وضع متظاهر بقدرة 1 ميجاوات في المدار.

يقول سولتو: “للفضاء دور كبير يلعبه في تحقيق صافي انبعاثات صفرية”، “يجب أن تكون ناسا في طليعة هذا الأمر بالتأكيد”.