استخدام الألواح الشمسية في الأقمار الصناعية

دور الألواح الشمسية في الأقمار الصناعية

تعتمد المركبات الفضائية، بما في ذلك الأقمار الصناعية التي تدور حول كوكب الأرض وتعمل في النظام الشمسي الداخلي، على الألواح الشمسية الكهروضوئية كمصدر رئيسي لتوليد الكهرباء من ضوء الشمس. نظراً لقربها من الشمس، تستخدم الطاقة الناتجة عن الألواح الشمسية لشحن بطاريات المركبة الفضائية، مما يتيح لها العمل حتى عندما تبتعد عن مصدر الضوء المباشر.

أهمية الألواح الشمسية في توليد الطاقة

تساهم الألواح الشمسية في تحويل ضوء الشمس إلى طاقة كهربائية، مما يجعلها عنصراً أساسياً في الأقمار الصناعية. كلما زادت مساحة الألواح الشمسية، زادت كمية ضوء الشمس التي يتم التقاطها، مما يزيد من كفاءة توليد الكهرباء.

يمكن أن يحتوي كل قمر صناعي أو مركبة فضائية على مجموعة من الألواح، وقد تتنوع هذه الألواح بناءً على الاحتياجات الطاقية وأبعاد المركبة. وغالباً ما يُطلق على كافة الألواح الشمسية المستخدمة في هذا السياق اسم “المصفوفة الشمسية”.

تنتج المصفوفات الشمسية طاقة فائضة تفوق احتياجات القمر الصناعي (أو المحطة) في الوقت نفسه، حيث يستخدم حوالي 60% من الكهرباء التي تُولد لشحن البطاريات أثناء تواجد المحطة في ضوء الشمس المباشر.

في بعض الحالات، يمكن أن يتعرض جزء من المصفوفة الشمسية لظل الأرض، مما يؤدي إلى عدم قدرة هذه الألواح على جمع الضوء، لذا تُعتبر البطاريات عنصراً حيوياً لتشغيل المحطة في أوقات عدم توفر الضوء المباشر. فيما يلي، سنستعرض هذا الأمر بمزيد من التفصيل.

مصادر الطاقة للأقمار الصناعية والمركبات الفضائية

تواجه استخدام الطاقة الشمسية في الأقمار الصناعية تحديات عدة، خاصةً في النظام الشمسي الخارجي حيث يقل ضوء الشمس، مما يجعل الطاقة الشمسية غير كافية للعمل. لذا، تُستخدم مولدات النظائر المشعة الكهروحرارية كبديل فعّال. ولكن، لا وبس القدرة المطلوبة للكثير من المركبات التي تعمل بعيداً عن أشعة الشمس.

أيضاً، يمكن أن تكون المركبات المستكشفة محدودة بسبب الظروف الجوية للكواكب والمواسم، والإشعاعات القاسية، مما يعوق إمكانية استكشاف البيئات المظلمة، مثل الكهوف على سطح القمر. ومن ثم، تحتاج المركبة الفضائية إلى بدائل طاقية أخرى عندما لا يكون استخدام الطاقة الشمسية خياراً متاحاً.

الطاقة بواسطة البطاريات

لذلك، قام العلماء بتطوير أساليب بديلة للحصول على الطاقة في المركبات الفضائية. واحدة من هذه الطرق هي استخدام البطاريات القادرة على تخزين الطاقة لاستخدامها لاحقاً. تُصنع بطاريات الأقمار الصناعية لتكون متينة، نظراً للبيئات القاسية التي تعمل فيها في الفضاء أو على سطح الأجرام السماوية الأخرى.

عند وجود ضوء الشمس، تقوم الألواح الشمسية بشحن البطاريات الموجودة على متن القمر الصناعي. وعندما تخرج المركبة من نطاق الضوء، مثلما يحدث أثناء الكسوف، تقوم البطاريات بالعمل كمصدر للطاقة للمركبة الفضائية.

تحتاج بطاريات تخزين الطاقة إلى إعادة شحنها بشكل دوري، وقد عمل علماء وكالة ناسا على تحسين هذه البطاريات، مما زاد من قدرتها على تخزين المزيد من الطاقة بأحجام أصغر ومدد تشغيل أطول.

الطاقة من النظائر المشعة

كل مكون في الكون يتألف من ذرات، وهي اللبنات الأساسية للمواد. تحتاج الذرات إلى تخزين طاقة كبيرة للحفاظ على تماسكها. ومع ذلك، هناك أنواع معينة من الذرات تعرف بالنظائر المشعة تكون غير مستقرة، وعندما تتفسخ، تطلق الطاقة على شكل حرارة.

تستخدم أنظمة الطاقة من النظائر المشعة الفرق بين الحرارة من الذرات غير المستقرة ودرجة حرارة الفضاء لإنتاج الكهرباء. استخدمت وكالة ناسا هذا النوع من النظام في عدة مهام استكشافية، مثل بعثات إلى زحل وبلوتو، بالإضافة إلى المركبات الفضائية التي سافرت إلى ما وراء النظام الشمسي. كما يُستخدم هذا النوع من الطاقة لتشغيل مركبة كيوريوسيتي على كوكب المريخ.

توفر أنظمة النظائر المشعة طاقةً على مدى فترات طويلة، حتى في الظروف القاسية. على سبيل المثال، تتمتع مركبتا فوييجر التابعتان لوكالة ناسا بالقدرة على العمل باستخدام هذه الأنظمة، حيث استكشفتا الفضاء لأكثر من 40 عاماً وما زالت ترسل المعلومات من أعماق الفضاء.