الطاقة من الكون: كيف تحول NASA وأسطوانات Ascent Solar الرقيقة نقل الطاقة من الفضاء إلى الأرض

الطاقة الشمسية القائمة على الفضاء: مشهد السوق والطلب المتزايد
التطورات في أسطوانات الطاقة الشمسية الرقيقة ونقل الطاقة اللاسلكي
اللاعبون الرئيسيون والتعاون الاستراتيجي في نقل الطاقة من الفضاء إلى الأرض
التوسع المتوقع وفرص الاستثمار في نقل الطاقة من الفضاء
النقاط الساخنة العالمية والمبادرات الإقليمية في الطاقة القائمة على الفضاء
الابتكارات من الجيل القادم والطريق أمام نقل الطاقة من الفضاء إلى الأرض
الحواجز والانجازات والفرص الاستراتيجية في نقل الطاقة من الفضاء
المصادر والمراجع

“أحضر صيف عام 2025 نشاطًا كبيرًا في الصحة الرقمية والطب عن بُعد.” (المصدر)

الطاقة الشمسية القائمة على الفضاء: مشهد السوق والطلب المتزايد

تتحول الطاقة الشمسية القائمة على الفضاء (SBSP) بسرعة من مفهوم نظري إلى عرض عملي، حيث تبرز التطورات الأخيرة إمكانياتها في السوق. والتطور البارز هو التعاون بين NASA وأسطوانات Ascent Solar Technologies، الذي يركز على أسطوانات الطاقة الشمسية الرقيقة المصممة لتوليد الطاقة بكفاءة ونقلها لاسلكيًا من المدار إلى الأرض. يعد هذا التعاون جزءًا من مبادرة إدارة تقنية الفضاء التابعة لـ NASA، والتي تهدف إلى التحقق من جدوى نقل الطاقة الشمسية المجمعة في الفضاء مباشرةً إلى متلقين أرضيين.

تستفيد أسطوانات Ascent Solar الرقيقة من مواد خفيفة ومرنة – لا سيما CIGS (سيلينيد النحاس والإنديم والغاليوم) – المناسبة تمامًا للنشر في البيئة القاسية للفضاء. توفر هذه الأسطوانات نسبة عالية من الطاقة إلى الوزن، وهو أمر حاسم لتقليل تكاليف الإطلاق وزيادة العائد الطاقي. في عام 2023، أفادت Ascent Solar أن وحداتها الأخيرة حققت كفاءة تزيد عن 17 %، مع استمرار الأبحاث التي تستهدف 20 % وما فوق (Ascent Solar).

يتشكل مشهد سوق SBSP بواسطة الطلب العالمي المتزايد على الطاقة النظيفة والموثوقة والقيود المفروضة على منشآت الطاقة الشمسية على الأرض، مثل اعتمادها على الطقس واستخدام الأراضي. وفقًا لتقرير MarketsandMarkets لعام 2023، من المتوقع أن يصل سوق SBSP إلى 4.5 مليار دولار بحلول عام 2030، مدفوعًا بالاستثمارات الحكومية وابتكارات القطاع الخاص. تتصدر الولايات المتحدة والصين واليابان تلك الجهود، حيث تستهدف JAXA في اليابان نظام SBSP تجريبي بحلول منتصف الثلاثينيات (JAXA).

الأهداف التقنية: سيتعرف عرض NASA وأسطوانات Ascent Solar على العملية الكاملة: جمع الطاقة الشمسية، التحويل إلى ميكروويف أو ليزر، والنقل الآمن إلى المتلقين الأرضيين.
التداعيات التجارية: قد يفتح النجاح تدفقات جديدة للإيرادات لمصنعي الأقمار الصناعية، مقدمي خدمات الإطلاق، وشركات الطاقة، مع دعم المرونة في الشبكات ونقل الطاقة عن بُعد.
التحديات: تبقى الحواجز التنظيمية وكفاءة النقل وقبول الجمهور لنقل الطاقة اللاسلكية عقبات رئيسية.

باختصار، يعد مشروع NASA × Ascent Solar للأنابيب الرقيقة خطوة محورية نحو SBSP التجارية، مع القدرة على تحويل سوق الطاقة العالمي من خلال توفير الطاقة المستمدة من الفضاء بشكل مستمر إلى الأرض. مع معالجة الحواجز التقنية والتنظيمية، فإن القطاع جاهز للنمو الكبير والاستثمار.

التطورات في أسطوانات الطاقة الشمسية الرقيقة ونقل الطاقة اللاسلكي

يمثل التعاون بين NASA وأسطوانات Ascent Solar Technologies قفزة كبيرة في السعي نحو الطاقة الشمسية القائمة على الفضاء (SBSP)، مستفيدًا من أسطوانات الطاقة الشمسية الرقيقة المتقدمة لتمكين نقل الطاقة اللاسلكية من المدار إلى الأرض. في عام 2023، حصلت Ascent Solar على عقد من مركز مارشال لرحلات الفضاء التابع لـ NASA لتطوير وحدات الطاقة الشمسية الرقيقة جدًا والخفيفة المصممة خصيصًا للتطبيقات الفضائية (NASA). توفر هذه الأسطوانات، المصنوعة من سيلينيد النحاس والإنديم والغاليوم (CIGS)، كفاءة عالية (تصل إلى 17.8% في بيئات المختبر) ومتانة استثنائية، مما يجعلها مثالية للنشر على الأقمار الصناعية والمنصات المدارية الكبيرة.

تتمثل الابتكار الأساسي في دمج هذه الأسطوانات الرقيقة مع تقنية نقل الطاقة اللاسلكية (WPT). يتضمن المفهوم جمع الطاقة الشمسية في الفضاء – حيث تكون أشعة الشمس ثابتة وغير مفلترة من الغلاف الجوي – وتحويلها إلى ميكروويف أو أشعة ليزر. ثم يتم نقل هذه الأشعة إلى مستقبِلات أرضية، تُعرف باسم rectennas، والتي تحول الطاقة مرة أخرى إلى كهرباء قابلة للاستخدام (NREL).

خفيفة ومرنة: تزن وحدات Ascent الرقيقة أقل من 1 كجم/م²، وهي جزء من وزن الألواح السيليكونية التقليدية، مما يقلل بشكل كبير من تكاليف الإطلاق ويمكّن من نشر وحدات أكبر في المدار.
كثافة طاقة عالية: يمكن للأسطوانات إنتاج أكثر من 200 واط لكل كيلوجرام، وهو معيار حاسم maximization العائد الطاقي لكل كتلة إطلاق (Ascent Solar).
المتانة: الأسطح الرقيقة CIGS مقاومة للإشعاع والتغيرات الحرارية، مما يضمن فترات تشغيل طويلة في البيئة القاسية للفضاء.

تظهر العروض الأخيرة، مثل جهد مشروع الطاقة الشمسية الفضاء Caltech الناجح في نقل الطاقة من الفضاء إلى الأرض في عام 2023 (Caltech)، قابليات هذا النهج. تركز جهود NASA وأسطوانات Ascent Solar الآن على توسيع نطاق هذه التقنيات، بهدف نشر أسطوانات متعددة الميغاط وفي القدرة على نقل الطاقة النظيفة والمتجددة إلى الشبكات الأرضية – مما قد يغير الوصول إلى الطاقة العالمية ومرونة الشبكة.

اللاعبون الرئيسيون والتعاون الاستراتيجي في نقل الطاقة من الفضاء إلى الأرض

تسارع البحث عن الطاقة الشمسية القائمة على الفضاء (SBSP) في السنوات الأخيرة، مع وجود NASA ومبتكري القطاع الخاص مثل Ascent Solar Technologies في المقدمة. يمثل تعاونهم في تطوير أسطوانات الطاقة الشمسية الرقيقة خطوة حاسمة نحو تحقيق رؤية نقل الطاقة الشمسية من المدار إلى الأرض، مما قد يحدث ثورة في إمدادات الطاقة العالمية.

دور ورؤية NASA

لطالما دعمت NASA SBSP كوسيلة لتوفير طاقة متجددة مستمرة غير متأثرة بالطقس الأرضي أو دورات الليل والنهار. يستكشف مشروع طاقة الشمس من الفضاء تقنيات متقدمة لجمع الطاقة الشمسية ونقلها من الفضاء.
في عام 2023، مول برنامج ابتكارات NASA المتقدمة (NIAC) العديد من الدراسات حول SBSP، بما في ذلك تلك التي تركز على نقل الطاقة اللاسلكية والأسطوانات الشمسية خفيفة الوزن للغاية.

تقنية أسطوانات Ascent Solar

تتخصص أسطوانات Ascent Solar Technologies في وحدات الطاقة الشمسية الرقيقة CIGS (سيلينيد النحاس والإنديم والغاليوم)، التي تتميز بالمرونة، والخفة، والكفاءة العالية – السمات الأساسية للنشر في الفضاء.
في عام 2023، أعلنت Ascent Solar عن شراكة مع NASA لتطوير واختبار أسطوانات رقيقة لتطبيقات SBSP، بهدف زيادة نسبة الطاقة إلى الوزن وتحمل الظروف القاسية للفضاء (Ascent Solar News).

التعاون الإستراتيجي والعرض

يركز مشروع NASA × Ascent Solar على دمج الأسطوانات الرقيقة مع أنظمة نقل الطاقة اللاسلكية، مثل نقل العصريات أو ليزر لتوصيل الطاقة إلى مستقبلات أرضية.
أظهرت العروض المخبرية الأخيرة نتائج واعدة، حيث حققت أسطوانات Ascent كفاءة تحويل الطاقة تتجاوز 15% مع الحفاظ على الأداء بعد التعرض لمحاكاة الفضاء (PV Tech).
تُخطط اختبارات ميدانية للقيام بها في أواخر عام 2024، بهدف التحقق من عملية نقل الطاقة من منصة عالية الارتفاع، مما يمهد الطريق لمزيد من العروض المدارية في المستقبل.

تأثير السوق والصناعة

من المتوقع أن يصل سوق SBSP العالمي إلى 900 مليون دولار بحلول عام 2030، مدفوعًا بالاستثمارات الحكومية وابتكارات القطاع الخاص.
من المتوقع أن يساهم التعاون بين NASA وأساطيل Ascent Solar في تطوير شراكات إضافية، وتسريع جاهزية التكنولوجيا، وتحديد دور الولايات المتحدة كقائدة في نقل الطاقة من الفضاء إلى الأرض.

التوسع المتوقع وفرص الاستثمار في نقل الطاقة من الفضاء

يمثل التعاون بين NASA وأساطوات Ascent Solar Technologies لحظة حاسمة في تطور الطاقة الشمسية القائمة على الفضاء (SBSP)، لا سيما في سياق نقل الطاقة من المدار إلى الأرض. يتم تطوير أسطوانات Ascent Solar الرقيقة والخفيفة لتطبيقات الاستخدام في الأقمار الصناعية ومحطات الفضاء، بهدف التقاط الطاقة الشمسية في الفضاء ونقلها لاسلكيًا إلى المتلقين الأرضيين. يمكن أن تحدث هذه التكنولوجيا ثورة في أسواق الطاقة العالمية من خلال توفير الطاقة المتجددة المستمرة غير المتأثرة بالطقس أو دورات الليل والنهار.

أظهرت العروض الأخيرة إمكانية نقل الطاقة اللاسلكية (WPT) من الفضاء. في عام 2023، نجح مشروع طاقة الشمس الفضاء الخاص بمعهد كاليفورنيا للتكنولوجيا في نقل الطاقة لاسلكيًا من الفضاء، وهو خطوة مهمة نحو SBSP العملي (Caltech). يستفيد تعاون NASA مع Ascent Solar من تقنية CIGS (سيلينيد النحاس والإنديم والغاليوم) التي تتميز بكفاءة عالية ومقاومة للإشعاع، مما يجعلها مثالية للبيئة القاسية في الفضاء (NASA).

يتوقع محللو السوق نموًا قويًا في قطاع SBSP. وفقًا لتقرير عام 2023، من المتوقع أن يصل سوق الطاقة الشمسية القائمة على الفضاء العالمي إلى 902 مليون دولار بحلول عام 2030، بمعدل نمو سنوي مركب يبلغ 8.2% اعتبارًا من عام 2023 (MarketsandMarkets). تعتبر الطلب المتزايد على الطاقة النظيفة والتطورات في مواد الطاقة الشمسية خفيفة الوزن من المحركات الرئيسية وراء هذا النمو. أسطوانات Ascent Solar، التي يمكن لفها ونشرها في المدار، تقلل من تكاليف الإطلاق وتمكن من وجود أسطح جمع أكبر، مما يجعل SBSP التجاري أكثر إمكانية.

تظهر فرص الاستثمار عبر سلسلة القيمة:

تصنيع الأقمار الصناعية: تثير الشركات التي تطور أسطوانات الطاقة الشمسية القابلة للنشر ووحدات نقل الطاقة اهتمام رأس المال الاستثماري والعقود الحكومية.
البنية التحتية الأرضية: تبدو المؤسسات التي تتخصص في مستقبلات الطاقة (receiving antennas) وتكامل الشبكات جاهزة للنمو مع احتياج المحطات الأرضية المستقبلية.
شركات الطاقة: تستكشف الشركات الشراكات لتأمين إمدادات SBSP المستقبلية، مما يحمي ضد تقلبات التوليد الأرضي.

بينما تتقدم NASA وأسطوانات Ascent Solar في تطوير تقنيات الأسطوانات الرقيقة، يتم إعداد المرحلة لعصر جديد من نقل الطاقة من الفضاء إلى الأرض. سيستفيد المستثمرون والمبتكرون الأوائل في هذا القطاع من اندماج هندسة الفضاء والطاقة المتجددة، بينما تتحرك حلم نقل القدرة من المدار نحو الواقع.

النقاط الساخنة العالمية والمبادرات الإقليمية في الطاقة القائمة على الفضاء

لطالما كانت الطاقة الشمسية القائمة على الفضاء (SBSP) حلاً رؤيويًا لتلبية الطلبات المتزايدة على الطاقة في الأرض، وتقترب التطورات الأخيرة من تحقيق هذا المفهوم. في عام 2024، تعاونت NASA مع أسطوانات Ascent Solar Technologies لاختبار أسطوانات الطاقة الشمسية الرقيقة المتقدمة المصممة لتوليد الطاقة بكفاءة ونقلها لاسلكيًا من المدار إلى الأرض. يمثل هذا التعاون معلمًا هامًا في السباق العالمي للاستفادة من الطاقة الشمسية في الفضاء ونقلها إلى الأرض، مما قد يحدث ثورة في مشهد الطاقة المتجددة.

تتميز أسطوانات Ascent Solar الرقيقة بتصميمها الخفيف والمرن وكفاءتها العالية، مما يجعلها مثالية للنشر في البيئة القاسية للفضاء. يتم اختبار هذه الأسطوانات كجزء من مشروع الطاقة الشمسية من الفضاء التابع لـ NASA، الذي يهدف إلى إثبات جدوى جمع الطاقة الشمسية في المدار ونقلها لاسلكيًا – عادةً عبر أشعة الميكروويف أو الليزر – إلى المتلقين الأرضيين. يمكن أن توفر هذه التكنولوجيا طاقة مستمرة، مستقلة عن الطقس، مما يعالج مسائل عدم التوافر التي تواجهها محطات الطاقة الشمسية الأرضية.

عالميًا، يزداد الاهتمام بـ SBSP. تستثمر وزارة الاقتصاد والتجارة والصناعة اليابانية (METI) ومبادرة SOLARIS التابعة لوكالة الفضاء الأوروبية بشكل كبير في تقنيات مماثلة، لكن مشروع NASA × Ascent Solar يبرز لتركزه على حلول رقيقة يمكن تصنيعها بسهولة. في عام 2023، أفادت Ascent Solar بكفاءة تصل إلى 17.55% لوحداتها المرنة من CIGS (سيلينيد النحاس والإنديم والغاليوم)، وهو رقم قياسي في هذه الفئة من التكنولوجيا (Ascent Solar News).

المزايا الرئيسية: تعد الأسطوانات الرقيقة أخف وزنًا وأكثر قابلية للتكيف مقارنة بالألواح السيليكونية التقليدية، مما يقلل من تكاليف الإطلاق ويتيح إنشاء محطات طاقة أكبر ومودولية في المدار.
معالم النقل: تشمل اختبارات NASA الجارية نقل كميات صغيرة من الطاقة على مسافات قصيرة، مع خطط للتوسع إلى عروض متعددة الكيلوواط في السنوات المقبلة (خاص بـ NASA).
التداعيات العالمية: إذا كانت ناجحة، يمكن أن توفر هذه التكنولوجيا طاقة نظيفة وقابلة للتوصيل إلى المناطق النائية أو المتضررة من الكوارث، داعمةً لكل من التطبيقات المدنية والدفاعية.

مع تقدم شراكة NASA × Ascent Solar، أصلحت المعايير التقنية والتجارية لـ SBSP، مما يضع الولايات المتحدة كقائدة في سوق الطاقة الناشئ من الفضاء إلى الأرض.

الابتكارات من الجيل القادم والطريق أمام نقل الطاقة من الفضاء إلى الأرض

لطالما كانت الطاقة الشمسية القائمة على الفضاء (SBSP) مفهومًا غير مدرك، لكن التقدم الأخير يجعلها تقترب من الواقع. يمثل معلم رئيسي التعاون بين NASA وأسطوانات Ascent Solar Technologies، التي تتصدر استخدام أسطوانات الطاقة الشمسية الرقيقة لتوليد الطاقة بكفاءة ونقلها لاسلكيًا من الفضاء إلى الأرض. تندرج هذه الشراكة ضمن جهود إدارة تقنية الفضاء التابعة لـ NASA لتطوير حلول الطاقة من الجيل القادم لكل من التطبيقات الأرضية والفضائية.

تتكون أسطوانات Ascent Solar الرقيقة من مواد خفيفة ومرنة مثل CIGS (سيلينيد النحاس والإنديم والغاليوم)، التي تقدم مزايا واضحة على الألواح الشمسية التقليدية المصنوعة من السيليكون. يمكن لف هذه الأسطوانات وطيها ونشرها في مساحات كبيرة بحد أدنى من الكتلة – وهو عامل حاسم لإطلاق الفضاء. وفقًا لـ Ascent Solar، تحقق وحداتها نسب الطاقة إلى الوزن تزيد عن 1000 واط/كغم، مقارنة بـ 200-300 واط/كغم بالنسبة للألواح التقليدية، مما يجعلها مثالية للنشر في المدار.

تتمثل الخطوة التالية في نقل الطاقة المحصودة إلى الأرض. تستكشف NASA وشركاؤها تقنيات نقل الطاقة اللاسلكية باستخدام الميكروويف والليزر. في عام 2023، أظهر مشروع Space Solar Power Project في Caltech بنجاح نقل الطاقة اللاسلكية من الفضاء إلى متلقٍ على الأرض، مما يشير إلى إثبات كبير للمفهوم. تشمل خريطة عمل NASA توسيع نطاق هذه العروض، وتحسين كفاءات التحويل، ومعالجة التداخل الجوي لضمان التسليم الموثوق للطاقة بسعة عالية.

زيادة الكفاءة: يمكن تصنيع الأسطوانات الرقيقة على نطاق واسع وتكييفها لتحقيق كفاءة عالية في بيئة الفضاء، مع استمرار الأبحاث التي تستهدف معدلات تحويل تزيد عن 30% (NREL).
إمكانات النشر: يسمح الوزن الخفيف لوحدات الطاقة الشمسية الرقيقة بإطلاق أسطوانات أكبر، مما قد ينتج عن إنشاء جيجاواط من الطاقة في المدار.
تحديات النقل: تشمل العقبات الرئيسية الحد من فقد الطاقة أثناء النقل وضمان الأمان لكل من الأصول الفضائية والسكان على الأرض.

نظريًا، يُعد مشروع NASA × Ascent Solar بتأهيل القدرة للعمل التجاري في SBSP. إذا تم التغلب على التحديات الفنية والتنظيمية، قد يصبح نقل الطاقة من الفضاء إلى الأرض حجر الزاوية في مزيج الطاقة النظيفة العالمي بحلول الثلاثينيات، موفرًا كهرباء مستمرة لا تعتمد على الطقس (IEA).

الحواجز والانجازات والفرص الاستراتيجية في نقل الطاقة من الفضاء

يُعرف مفهوم نقل الطاقة الشمسية المجمعة في الفضاء مباشرةً إلى الأرض باسم الطاقة الشمسية القائمة على الفضاء (SBSP) – ويُعتبر منذ فترة طويلة حلاً مغريًا لتلبية احتياجات الطاقة المتزايدة في العالم. تدفع التطورات الأخيرة، وخصوصًا التعاون بين NASA وأسطوانات Ascent Solar Technologies، هذه الرؤية نحو الواقع. إنهم يعملون على تطوير أنظمة فعالة، خفيفة الوزن وقابلة للتوسع لنقل الطاقة من الفضاء إلى الأرض.

الحواجز: تشمل التحديات الأساسية في SBSP ارتفاع تكلفة إطلاق ونشر مجموعات الطاقة الشمسية الكبيرة، والحاجة إلى مواد خفيفة الوزن ومتينة، ونقل الطاقة بشكل آمن وفعال – عادةً عبر ميكروويف أو أشعة ليزر – عبر الغلاف الجوي للأرض. تستمر الحواجز التنظيمية والقلق العام بشأن سلامة نقل الطاقة. وفقًا لتقرير NASA، لا تزال التكلفة لكل كيلوغرام للوصول إلى مدار الأرض المنخفض عاملًا مقيدًا، على الرغم من أنها تتناقص بفضل تقنيات الإطلاق الجديدة.
الانجازات: تقدم تكنولوجيا أسطوانات الطاقة الشمسية الرقيقة CIGS (سيلينيد النحاس والإنديم والغاليوم) حلاً مهما. يمكن طي هذه الألواح المرنة والخفيفة لأغراض الإطلاق بحجم صغير، ثم نشرها في المدار، مما يقلل بشكل كبير من الكتلة والحجم مقارنة بالألواح المعتمدة على السيليكون التقليدية. في عام 2023، اختارت NASA أسطوانات Ascent Solar لبرنامج ابتكارات الشركات الصغيرة (SBIR) لتطوير هذه الأسطوانات للاستخدام الفضائي، حيث تم الإشارة إلى نسبتهم العالية من الطاقة إلى الوزن وقدرتهم على الصمود في البيئات القاسية.
الفرص الاستراتيجية: تفتح التجارب الناجحة للأسطوانات الرقيقة في الفضاء الباب أمام أنظمة SBSP كبيرة الحجم. يمكن لهذه الأنظمة توفير طاقة مستقرة ومستمرة ومستقلة عن الطقس للمناطق النائية أو المتضررة من الكوارث، ودعم الشبكات الأرضية، ودعم المنشآت على القمر أو المريخ. أبدت وزارة الدفاع الأمريكية أيضًا اهتمامًا، من خلال تمويل مشاريع مثل تجارب نقل الطاقة في مختبرات أبحاث سلاح الجو. كما تستثمر الشركات التجارية، بما في ذلك Northrop Grumman وJAXA في اليابان، في SBSP، مما يشير إلى وجود سوق متزايد وامكانية الشراكات بين القطاعين العام والخاص.

بينما تتقدم NASA وأسطوانات Ascent Solar في تطوير تقنية أسطوانات الطاقة، تصبح إمكانية نقل الطاقة النظيفة والمتجددة من الفضاء إلى الأرض أكثر واقعية. سيكون من الضروري التغلب على الحواجز الفنية والتنظيمية، لكن الفرص الاستراتيجية لأمن الطاقة والاستدامة هائلة.