چین به دنبال ساخت بزرگترین سازه ساخت بشر در فضا است

استفاده از انرژی خورشیدی از فضا به سختی یک مفهوم جدید است، اگرچه به ندرت مورد بحث قرار گرفته است و چین در حال برنامه ریزی برای ساخت نمونه اولیه دستگاه انرژی خورشیدی مبتنی بر فضایی (SBSP) تا سال 2030 است که به بزرگترین سازه ساخته شده توسط انسان در فضا تبدیل می شود.

فضا توان یا توان خورشیدی فضایی، طرحی است که در آن توان خورشیدی در فضای خارج از جو زمین جمع‌آوری می‌شود و پس از جمع‌آوری توان خورشیدی آن را به زمین انتقال می‌دهند، این انرژی عمدتاً به شکل انرژی الکتریکی در زمین استفاده می‌شود.

تحقیق بر روی این پروژه از اوایل دههٔ ۱۹۷۰ آغاز شد، در زمینه‌های متعددی بر روی این طرح تحقیق می‌شود، از جمله خورشید و ویژگی‌های آن، نور خورشید، انرژی خورشیدی و زمینه‌هایی که در طراحی و اجرای این طرح طراحان و مجریان این طرح را یاری می‌کند.

این پروژه ها را به انگلیسی: Space-based solar power و به اختصار SBSP می‌نامند و SPS، مخفف  توان خورشیدی ماهواره‌ای - به انگلیسی: solar-power satellite - یا سیستم توان ماهواره‌ای - به انگلیسی: satellite power system - است.

آمریکا خطر از دست دادن رقابت انرژی خورشیدی فضایی را در برابر چین دارد، همانطور که با انرژی خورشیدی معمولی (در سطح زمین) انجام داده است، مگر اینکه آمریکایی ها در این حوزه فورا اقدام کنند.

دو ماه پیش، گزارش شد که بایجو بات، یکی از بنیانگذاران برنامه سرمایه گذاری رابینهود، شرکت انرژی خورشیدی فضایی Aetherflux را راه اندازی کرد، این استارتاپ قصد دارد مجموعه ای از ماهواره های مدار پایین زمین (LEO) بسازد که از لیزرهای مادون قرمز برای انتقال نیرو به ایستگاه های زمینی کوچک روی زمین استفاده می کند.

این استارتاپ خاطرنشان می‌کند که انرژی خورشیدی فضایی می‌تواند توزیع انرژی را متحول کند، به خصوص در مواردی که تحویل انرژی گران، چالش برانگیز یا خطرناک است و تامین انرژی مکان‌های صعب العبور مانند پایگاه‌های نظامی دورافتاده، جزایر یا مناطق آسیب دیده توسط بلایا، قابلیت‌ها و مزایای جدیدی را برای آمریکا باز می‌کند.

طرح فضا توان در مقایسه با طرح‌های دیگر جمع‌آوری انرژی خورشیدی متفاوت است و مزایای قابل توجهی نسبت به آن طرح‌ها دارد، در این طرح پنل‌ها در ماهواره‌های بزرگ نصب می‌گردند و با اجتناب از این ضرر و زیان و خرابی (و زیان کسینوس، برای جمع‌آوری در صفحه تخت ثابت) به علت چرخش زمین، آن‌ها در خارج از جو، در مدار قرار می‌گیرند.

پس از نصب ماهواره‌ها آن‌ها نور خورشید را جمع‌آوری و به ریز موج تبدیل می‌کنند، سپس انرژی را به ایستگاه‌های دریافت، بر روی زمین ارسال می‌کنند؛ و در این ایستگاه‌ها به محض دریافت، یک جریان الکتریکی در خطوط شبکه ایجاد می‌شود. دربارهٔ انتقال انرژی از ماهواره‌ها به زمین چند روش ارائه شده‌است از جمله امواج مایکروویو و….

در سال 1941، نویسنده ایزاک آسیموف، جهان را با انرژی خورشیدی فضایی آشنا کرد و در دهه 1970، ناسا با استفاده از امواج رادیویی برای انتقال نیرو، انرژی خورشیدی فضایی را با رویکردی که به ساختارهای عظیم میلیارد دلاری در فضا نیاز داشت، کشف کرد اما متأسفانه ناسا به سرعت این ایده را کنار گذاشت، با این حال جذابیت‌های تابش انرژی خورشیدی از فضا آشکار است: (بر خلاف زمین)

• نور خورشید در فضا قدرتمندتر است.

  یک ماهواره می‌تواند بیش از ۹۹٪ از زمان، روشن بماند، و در سایه زمین حداکثر فقط ۷۲ دقیقه هر شب در بهار و پاییز اعتدالی در نیمه شب محلی باقی می‌ماند، ماهواره‌های در حال چرخش در مدار، می‌توانند به‌طور مداوم در درجات بالایی از تابش خورشید قرار گیرند، به‌طور کلی در ۲۴ ساعت شبانه روز، در حالی که به‌طور متوسط پانل‌های خورشیدی سطح زمین در حال حاضر روزانه به‌طور متوسط ۲۹٪ توان خورشیدی را جمع‌آوری می‌کنند.

• قابلیت امکان راحت و سریع انرژی را داراست.

  توان می‌تواند به‌طور مستقیم به مناطقی که به آن بیشتر نیاز داریم با سرعت نسبتاً زیاد هدایت شود و جمع‌آوری ماهواره‌ای احتمالاً می‌تواند توان را بر مبنای سطوح مختلف مورد نیاز و بار پایه ی جغرافیایی یا اوج بار توان مورد نیاز هدایت کند، نمونه قرارداد می‌تواند برای بار پایه باشد، توانی که مداوم است، چون اوج توان زودگذر است.

• دسترسی در طول شبانه روز و تحت تأثیر آب و هوا قرار نمی‌گیرد.

  در فضا هیچ هوایی وجود ندارد، به‌طوری‌که سطح جمع‌آوری می‌تواند نور خورشید بسیار شدیدتری را دریافت کند، بدون مانع توسط اثر فیلتر کردن گازهای اتمسفر، پوشش ابر، شب وجود ندارد، گرد و غبار، دود و دیگر حوادث آب و هوا نیز وجود ندارد و در نتیجه، نسبت شدت در مدار حدود ۱۴۴ درصد به حداکثر شدت قابل دسترسی در سطح زمین است.

چین به دنبال ساخت بزرگترین سازه ساخت بشر در فضا است

و اکنون چین به دنبال ارتقای خود نسبت ایالات متحده در یک فناوری انرژی آینده نگرانه دیگر است: چین در حال برنامه ریزی برای ساخت نمونه اولیه دستگاه انرژی خورشیدی مبتنی بر فضایی (SBSP) تا سال 2030 است که به بزرگترین جسم ساخته شده توسط انسان در فضا تبدیل می شود.

پیتر گرتسون، کارشناس برجسته SBSP و همکار در شورای سیاست خارجی آمریکا، طی یک جلسه توجیهی اخیر به کارکنان کنگره هشدار داد که چین در کمتر از 20 سال این محصول را تولید خواهد کرد و ما از آنها خرید خواهیم کرد.

خطرات زیاد است: انرژی تقریباً 10 درصد از تولید ناخالص داخلی جهانی را تشکیل می دهد، به این معنی که اولین کشوری که با موفقیت زیرساخت های SBSP را ایجاد می کند، به طور بالقوه فضای بازار چند تریلیون دلاری را کنترل خواهد کرد و انتظار می‌رود زیرساخت‌های جهانی و صنعت تولید SBSP تا سال 2040 از 1 تریلیون دلار فراتر رود.

یک پروژه انرژی خورشیدی مبتنی بر فضای جاه طلبانه به رهبری ایالات متحده به هزاران شغل مهندسی و خدمات پشتیبانی پردرآمد در اینجا روی زمین تبدیل خواهد شد.

همانطور که دیوید استیتز، معاون سابق معاون مدیر فناوری در ناسا هشدار داده است، آمریکا در خطر از دست دادن رقابت انرژی خورشیدی فضایی در برابر چین است، مگر اینکه فوراً اقدام کند... استیتز می‌گوید آنچه ایالات متحده فاقد آن است، هماهنگی و تعهد ملی است و خاطرنشان کرد که برخلاف برنامه متمرکز ملی چین، تلاش‌های ایالات متحده در میان ناسا، وزارت انرژی و وزارت دفاع پراکنده است - هر یک از - آنها انتظار دارند شخص دیگری رهبری را بر عهده بگیرد.

چین برنده مسابقه فیوژن شد

اما این فقط مسابقه SBSP نیست که ایالات متحده احتمالاً به چین می‌بازد، به گفته ژان پل آلن، که دفتر علوم انرژی همجوشی وزارت انرژی ایالات متحده را رهبری می کند، پکن سالانه 1.5 میلیارد دلار برای تحقیقات همجوشی هسته ای سرمایه گذاری کرده است که تقریباً دو برابر جدول همجوشی واشنگتن با 800 میلیون دلار در سال است.

چین در دهه گذشته پیشرفت سریعی داشته است و بر اساس داده‌های صنعتی منتشر شده توسط Nikkei، اکنون بیش از هر کشوری دارای حق ثبت اختراعات فیوژن است. (برای من، آنچه مهمتر از تعداد است، این است که آنها چقدر سریع این کار را انجام می دهند)

جالب اینجاست که یک استارتاپ کوچک و نسبتا ناشناخته چینی توانسته است به چیزی دست یابد که حتی راکتور آزمایشی حرارتی هسته‌ای بین المللی (ITER) مستقر در فرانسه که از سال 2006 توسط هفت کشور تأمین مالی و اداره می‌شود، نتوانسته است به آن دست یابد.

انرژی سینگولاریتی مستقر در شانگهای به طور موثر تأیید امکان‌سنجی مهندسی ابررساناهای با دمای بالا را برای دستگاه توکاماک Honghuang 70 - (HH70) - خود تکمیل کرده است و به چین مزیت حرکت اول را در زمینه بحرانی همجوشی محصور شده مغناطیسی ابررسانا با دمای بالا می‌دهد.

استارتاپ انرژی سینگولاریتی همچنین به اولین شرکت تجاری جهان تبدیل شده است که یک توکاماک تماما ابررسانا ساخته و راه اندازی کرده است.

یانگ ژائو، مدیر اجرایی Energy Singularity گفت: کار طراحی این دستگاه در مارس 2022 آغاز شد و نصب کلی تا پایان فوریه سال جاری به پایان رسید و سریع ترین رکورد را برای تحقیق و ساخت دستگاه های توکاماک ابررسانا در سراسر جهان به ثبت رساند..

بنابراین، چگونه این شرکت چینی ناشناخته توانست در عرض دو سال آنچه را که ITER در نزدیک به دو دهه نتوانسته است به دست آورد؟

به گفته یانگ، استفاده از مواد ابررسانا با دمای بالا می‌تواند حجم دستگاه را تا حدود 2 درصد از حجم دستگاه‌های ابررسانا با دمای پایین کاهش دهد و به این ترتیب دوره ساخت دستگاه از 30 سال به 3 تا 4 سال کاهش می‌یابد.

به گفته یانگ، این شرکت دارای حقوق مالکیت معنوی مستقل HH70 با نرخ بومی سازی بیش از 96 درصد است، وی افزود که تمام سیستم های آهنربایی دستگاه با استفاده از مواد ابررسانا با دمای بالا ساخته شده اند و با وجود موفقیت قابل ستایش، Energy Singularity روی موفقیت‌های خود تکیه نمی‌کند، یانگ فاش کرد که این شرکت قصد دارد نسل بعدی دستگاه توکاماک ابررسانا با دمای بالا با میدان مغناطیسی بالا را با نام HH170 با بهره انرژی معادل دوتریوم-تریتیوم (Q) بیشتر از 10 تکمیل کند. (تا سال 2027)

در اصطلاح گداخت هسته ای، مقدار Q منعکس کننده کارایی انرژی راکتور همجوشی، یعنی نسبت انرژی تولید شده توسط دستگاه به انرژی ورودی مورد نیاز برای حفظ واکنش همجوشی... مقادیر Q بیشتر از 1 به این معنی است که راکتور انرژی بیشتری نسبت به آنچه مصرف می‌کند تولید می‌کند، که اساساً همان چیزی است که تحقیقات همجوشی برای چندین دهه در یک راکتور تجاری تلاش می‌کنند به دست آورند.

در حال حاضر، بزرگترین فاکتور Q که دانشمندان به آن دست یافته اند فقط 1.53 است.

در همین حال، شرکت Commonwealth Fusion Systems مستقر در Deven، ماساچوست با MIT برای ساخت راکتور همجوشی کوچک خود همکاری می کند، راکتوری که اسپارک نامیده می‌شود، 1/65م حجم راکتور ITER است و انتظار می‌رود که این راکتور آزمایشی حدود 100 مگاوات انرژی گرمایی را در پالس‌های حدود 10 ثانیه تولید کند - انفجارهایی که به اندازه کافی بزرگ هستند تا انرژی یک شهر کوچک را تامین کنند - با این حال، تولید اولین راکتور تجاری آن حداقل یک دهه دیگر زمان نیاز دارد.

مالکیت معنوی مجله انرژی (energymag.ir) علامت تجاری ناشر است... سایر علائم تجاری مورد استفاده در این مقاله متعلق به دارندگان علامت تجاری مربوطه می باشد، ناشر وابسته یا مرتبط با دارندگان علامت تجاری نیست و توسط دارندگان علامت تجاری حمایت، تایید یا ایجاد نشده است، مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد و هیچ ادعایی از سوی ناشر نسبت به حقوق مربوط به علائم تجاری شخص ثالث وجود ندارد.