هوش مصنوعی و برقی که از فضا می‌آید

انرژی خورشیدی فضاپایه

  SBSP سرنام Space-Based Solar Power یا انرژی خورشیدی فضاپایه، به جمع‌آوری انرژی خورشیدی در فضا با استفاده از ماهواره‌ها و ارسال آن به زمین اشاره دارد. در این روش، از پایگاه‌هایی که در مدار زمین مستقر هستند استفاده می‌شود. در حال حاضر، اجرای SBSP از نظر فنی امکان‌پذیر است. تکنولوژی‌های مورد نیاز برای ساخت و پرتاب ماهواره‌های خورشیدی و انتقال بی‌سیم انرژی به زمین وجود دارد. 

میزان انرژی‌ای که از خورشید به سطح زمین می‌رسد حدودا ده هزار بار بیشتر از نیاز فعلی انسان است. از حدود ۵۰ سال پیش پژوهش‌هایی در این زمینه آغاز شده است که چگونه می‌توانیم انرژی خورشید را در خارج از جو زمین دریافت کرده و پس از تبدیل آن به ریزموج، به ایستگاه‌های مستقر در زمین ارسال کنیم. میزان این انرژی آن‌چنان زیاد است که می‌تواند تمامی نیازهای بشر را حتا تا سده‌های آینده تامین کند. این انرژی پس از دریافت توسط ایستگاه‌های زمینی قابل استفاده است. با توجه به این که در فضا دسترسی به نور خورشید تقریبا همیشگی است، مشکلات مربوط به چرخه شبانه‌روز یا پدیده‌های جوی و آب‌وهو‌ایی نمی‌تواند به‌عنوان مانعی برای دریافت و ارسال انرژی به‌حساب آید.

از آن‌جا که علاوه بر خورشید ستارگان بسیاری در فضا وجود دارند که می‌توانیم از نور و گرمای آن‌ها استفاده کنیم، یافتن راهی برای جمع‌آوری و انتقال انرژی از فضا می‌تواند معضل انرژی پاک و پایدار را برای همیشه حل کند. همچنین این نوع بهره‌برداری از انرژی می‌تواند مشکلات زیست‌محیطی را نیز تا حدود بسیار زیادی برطرف کند. به عبارتی دیگر، لازم نیست که برای تامین انرژی از سوخت‌های فسیلی استفاده کنیم که باعث انتشار گازهای گلخانه‌ای، گرم شدن هوای کره زمین و تغییرات اقلیمی شود.1

 این روش که در حال حاضر در مقیاس آزمایشگاهی اجرا شده است، مزایای متعددی دارد. مهم‌ترین مزایای آن عبارتند از:

• جمع‌آوری بیشتر انرژی: در فضا، اتمسفر وجود ندارد که نور خورشید را جذب یا پراکنده کند. به همین دلیل، ماهواره‌های خورشیدی می‌توانند انرژی بیشتری نسبت به پنل‌های خورشیدی روی زمین جمع‌آوری کنند.
• کاهش اتکا به سوخت‌های فسیلی:  با توجه به این که سوخت‌های فسیلی محدود هستند، انرژی حاصل از SBSP می‌تواند یک جایگزین بسیار مناسب برای آن‌ها باشد.
•  دسترسی دائمی: برخلاف پنل‌های خورشیدی روی پشت بام‌ها که فقط می‌توانند در طول روز برق تولید  کنند، ماهواره‌های خورشیدی می‌توانند در مدار زمین بچرخند و به طور مداوم نور خورشید را دریافت و به زمین ارسال کنند.
•  کاهش آلودگی: SBSP یک منبع انرژی پاک و تجدیدپذیر است که تقریبا هیچ‌گونه آلاینده‌ای تولید نمی‌کند.
• قابلیت برق‌رسانی به مناطق دورافتاده: SBSP می‌تواند به مناطقی که دسترسی به شبکه برق زمینی ندارند، برق ارائه دهد و به این ترتیب شکاف میان مناطق کم‌برخوردار و بخش‌های غنی را تا حدودی در زمینه انرژی برطرف کند.
• نیروگاه خورشیدی به مثابه رابط ایستگاه‌های فضایی: با اضافه کردن بخش‌هایی به ماهواره‌هایی که به‌عنوان نیروگاه خورشیدی عمل می‌کنند، می‌توان از آن‌ها به‌عنوان یک ایستگاه فضایی و رابطی برای ایستگاه‌های مختلف استفاده کرد. 

چالش‌ها

با این حال، SBSP مانند هر فناوری تازه‌ای چالش‌هایی هم دارد که باید برطرف شوند. این چالش‌ها عبارتند از:

1.  هزینه: ساخت و پرتاب ماهواره‌های خورشیدی به فضا بسیار پرهزینه است. همچنین نیاز به توسعه و ایجاد زیرساخت‌های زمینی برای دریافت و توزیع انرژی وجود دارد. کاهش هزینه SBSP برای رقابت با منابع انرژی سنتی ضروری است. همچنین لازم است که دولت‌ها مشوق‌هایی برای سرمایه‌گذاران و استارتاپ هایی که در این زمینه فعالیت دارند در نظر بگیرند؛ چرا که حل معضل تامین انرژی پاک، باعث حل بسیاری دیگر از مشکلات محیط ‌زیستی، آلودگی هوای شهرهای بزرگ و حمل و نقل سوخت‌های فسیلی خواهد شد.
2.  کارایی: تبدیل انرژی خورشیدی به برق و انتقال آن به زمین با اتلاف قابل توجهی همراه است. بهبود کارایی سیستم‌های SBSP برای افزایش بهره‌وری و کاهش هزینه‌ها ضروری است.
3.  پذیرش عمومی: برخی از مردم نگرانی‌هایی در مورد تأثیر زیست‌محیطی SBSP مانند آلودگی نوری و تأثیر بر حیات وحش دارند و معتقدند که اثرات این طرح هنوز برآورد نشده است. ایجاد پذیرش عمومی برای SBSP نیاز به آموزش عمومی و اطلاع‌رسانی در مورد فواید و خطرات این فناوری دارد.
4.  مقررات و قوانین: چارچوب‌های قانونی و مقرراتی برای SBSP هنوز در حال توسعه است. ایجاد قوانین و مقررات واضح و ثابت برای ترویج سرمایه‌گذاری و توسعه این فناوری ضروری است. همچنین مالکیت فکری فناوری‌های SBSP و مسائل مربوط به استفاده از فضا برای امور تجاری نیاز به راه‌حل دارد.
5.  امنیت سایبری: سیستم‌های SBSP در برابر حملات سایبری آسیب‌پذیر هستند. ایجاد اقدامات امنیتی قوی برای محافظت از این سیستم‌ها در برابر هکرها ضروری است.

پروژه‌های انرژی خورشیدی فضاپایه

پروژه های تحقیقاتی و آزمایشی متعددی در کشورهای مختلف در زمینه انرژی خورشیدی فضاپایه فعالیت دارند. البته در حال حاضر هیچ پروژه SBSP در سطح جهان به‌طور تجاری مشغول به کار نیست. بعضی از این پروژه‌ها عبارتند از:

• پروژه سولاریس(Solaris): آژانس فضایی اروپا (ESA) در حال توسعه پروژه سولاریس است که هدف آن ساخت یک نمونه کوچک از یک نیروگاه خورشیدی فضایی تا سال 2030 است.  قرار است برنامه آمادسازی کامل آن تا سال ۲۰۲۵ در این آژانس آماده شود. سازمان فضایی اروپا اعلام کرده است که با این پروژه تازه‌ترین فناوری‌ها را هم در کاربردهای فضایی و هم کاربردهای زمینی توسعه ‌می‌دهد. این سازمان قصد دارد که در رقابت بین‌المللی در زمینه دست‌یابی به انرژی‌های پاک و در مقیاس بزرگ به بازیگری توانا تبدیل شود. با توجه به این که کشورهای اروپایی در زمینه حفظ محیط زیست و تغییرات اقلیمی تعهدات قابل توجهی را پذیرفته‌اند، پروژه سولاریس می‌تواند به آنان برای دستیابی به انرژی پاک و پایدار کمک کند.
• Caltech’s space solar power: موسسه فناوری کالیفرنیا (کلتک) در سال 2023 توانسته است برای اولین بار یک پروژه انتقال انرژی از فضا به زمین را با موفقیت به انجام برساند. طراح اصلی این پروژه یک مهندس ایرانی به نام علی‌جاجی‌میری است که هدایت این عملیات را نیز بر عهده داشته است. انتقال برق بی‌سیم در سوم مارس این سال توسط MAPLE  انجام شده است. MAPLE، مخفف Microwave Array for Power Transfer Low-Orbit Experiment  شامل آرایه‌ای از فرستنده‌های انرژی مایکروویو سبک وزن انعطاف‌پذیر است که توسط تراشه‌های الکترونیکی سفارشی هدایت می‌شوند که با استفاده از فناوری‌های سیلیکونی کم‌هزینه ساخته شده‌اند.

علی حاجی‌میری در مورد این پروژه انقلابی می‌گوید: «تا جایی که ما می‌دانیم، هیچ‌کس تا به حال انتقال انرژی بی‌سیم را در فضا حتا با سازه‌های انعطاف‌ناپذیر و گران‌قیمت نشان نداده است. ما این کار را با ساختارهای سبک‌وزن انعطاف‌پذیر و با مدارهای مجتمع خودمان انجام می‌دهیم. این اولین بار است.»۲

انرژی خورشیدی فضاپایه راهی برای بهره‌برداری از منبع عملاً نامحدود انرژی خورشیدی در فضای خارج از جو فراهم می‌کند، جایی که انرژی دائماً بدون قرار گرفتن در چرخه‌های روز و شب، فصول و پوشش ابر در دسترس است؛ به طور بالقوه هشت برابر بیشتر از پنل‌های خورشیدی در هر مکانی از سطح زمین. پس از تحقق کامل پروژه، یک صورت فلکی از فضاپیمای مدولار مستقر می‌شود که نور خورشید را جمع آوری و سپس آن را به الکتریسیته تبدیل می‌کند؛ پس ازتبدیل آن به امواج مایکروویو، آن را به صورت بی‌سیم در فواصل طولانی به هر کجا که مورد نیاز باشد، از جمله مکان‌هایی که در حال حاضر به برق پایدار دسترسی ندارند، منتقل می‌کند.

• پروژه PowerSat: شرکت آمریکایی Orbital Sciences در حال توسعه پروژه PowerSat است که هدف آن ساخت یک نیروگاه خورشیدی فضایی بزرگ تا سال 2025 است.
• پروژه SunWorks: شرکت ژاپنی JAXA در حال توسعه پروژه SunWorks است که هدف آن ارسال انرژی خورشیدی به زمین با استفاده از لیزر تا سال 2050 است. 

هوش مصنوعی و انتقال برق بی‌سیم از فضا

هوش مصنوعی می‌تواند در تسریع و بهینه‌سازی SBSP به روش‌های مختلفی یاری برساند:

۱. طراحی و ساخت ماهواره‌های خورشیدی

• بهینه‌سازی پنل‌های خورشیدی: الگوریتم‌های هوش مصنوعی می‌توانند برای طراحی پنل‌های خورشیدی کارآمدتر با استفاده از مواد سبک‌تر و قوی‌تر و همچنین ردیابی بهتر خورشید به کار گرفته شوند.
• سیستم‌های کنترل خودکار: هوش مصنوعی می‌تواند برای توسعه سیستم‌های کنترل خودکار برای ماهواره‌ها به کار گرفته شود تا آن‌ها را به‌طور مستقل در مدار قرار داده و جهت‌گیری آن‌ها را برای جذب حداکثر نور خورشید تنظیم کند. 
• شبیه‌سازی و پیش‌بینی: از مدل‌های هوش مصنوعی می‌توان برای شبیه‌سازی عملکرد ماهواره‌ها در شرایط مختلف و پیش‌بینی خرابی‌ها و مشکلات احتمالی استفاده کرد.

۲. انتقال انرژی

• بهینه‌سازی مسیر انتقال: الگوریتم‌های هوش مصنوعی می‌توانند برای یافتن بهترین مسیر برای انتقال انرژی از ماهواره به زمین با کمترین اتلاف سیگنال مورد استفاده قرار گیرند.
• کنترل شبکه توزیع: AI می‌تواند برای کنترل و مدیریت شبکه توزیع انرژی در زمین به‌منظور اطمینان از توزیع کارآمد و قابل اعتماد برق به مصرف‌کنندگان استفاده شود.

۳. مدیریت و نگه‌داری

• نظارت بر سلامت: AI می‌تواند برای نظارت بر سلامت ماهواره‌ها و اجزای زمینی سیستم SBSP به‌منظور شناسایی مشکلات و انجام اقدامات پیشگیرانه قبل از بروز خرابی به کار گرفته شود.
• تشخیص و عیب‌یابی: از هوش مصنوعی می‌توان برای تجزیه‌و‌تحلیل داده‌های حسگر و تشخیص و عیب‌یابی خودکار مشکلات در سیستم SBSP استفاده کرد.
• بهینه‌سازی عملیات: AI می‌تواند برای بهینه‌سازی عملیات سیستم SBSP برای افزایش کارایی و کاهش هزینه‌ها استفاده شود.
• تجزیه‌وتحلیل داده‌های آب‌وهوایی: از هوش مصنوعی می‌توان برای تجزیه‌وتحلیل داده‌های آب و هوایی و پیش‌بینی الگوهای تولید انرژی خورشیدی استفاده کرد.
• ارزیابی اقتصادی: از مدل‌های هوش مصنوعی می‌توان برای ارزیابی مزایای اقتصادی SBSP و شناسایی بهترین فرصت‌های سرمایه‌گذاری استفاده کرد.
• افزایش آگاهی عمومی: از هوش مصنوعی می‌توان برای ایجاد کمپین‌های آموزشی و افزایش آگاهی عمومی در مورد SBSP و مزایای آن استفاده کرد. 

پی‌نویس: 

1. https://www.greenmatch.co.uk/blog/2020/02/space-based-solar-power

2. https://www.caltech.edu/about/news/in-a-first-caltechs-space-solar-power-demonstrator-wirelessly-transmits-power-in-space