ב-3.1.2023 בשעה 6:55 בבוקר, חללית קטנה במשקל 50 קילוגרם שוגרה לחלל. מטרתה: לבחון הפקת אנרגיה סולארית מחוץ לשטחי כדור הארץ – ואת שיגורה לשימוש אצלנו, על הפלנטה הכחולה. נשמע כמו מדע בדיוני? אז בואו נחזור צעד אחד אחורה.
רבים מאיתנו כבר יודעים שאנרגיה סולארית היא פתרון יעיל למדי עבור מדינות שמשיות. עם זאת, פאנלים סולאריים - שמשתמשים באור השמש עבור ייצור אנרגיה - הם גם מתקנים בעלי בעייתיות מובנית: מכיוון שהם מתבססים על אור השמש, הם מפסיקים לפעול כשזאת שוקעת. ובכל זאת, יש מקום שבו החמה תמיד זורחת; זיווג מושלם לפאנלים סולאריים.
בחלל החיצון השמש לא שוקעת אף פעם. לכן, ייצור אנרגיה סולארית בחלל יכול להתאפשר 24 שעות ביממה, 7 ימים בשבוע. כאמור, צעד חשוב בדרך למצב מעין זה התרחש בחודש שעבר: המכון הטכנולוגי של קליפורניה שיגר אב-טיפוס של חללית שבוחנת קליטת אנרגיה סולארית בחלל ואת שיגורה לכדור הארץ באופן שיאפשר שימוש באנרגיה זאת בכל שעות היממה.
(איך המערכת תעבוד?)
למה בכלל חלל
להפקת אנרגיית שמש בחלל יש מספר יתרונות על פני הפקתה בכדור הארץ, בנוסף לעובדה שאפשר להפיקה כל הזמן. ראשית, האטמוספרה שלנו מפזרת, בולעת ומחזירה חלק לא מבוטל מקרינת השמש שעוברת דרכה. אומנם המצב הזה לא קבוע, ומשתנה לפי שעות היום, העונות והמיקום הגאוגרפי - אך בכל זאת הוא בעל השפעה על כמות האנרגיה הסולארית שאפשר להפיק מכדור הארץ.
בנוסף, עננים, ערפל, אובך וזיהום אוויר - פוגעים בייצור החשמל של הפאנלים הסולאריים שעל כדור הארץ. כל אלה מונעים מפאנלים אלה להפוך למקור אנרגיה שיכול לספק חשמל בקביעות כמו תחנות הכוח שלנו, שמבוססות על דלקי מאובנים ויכולות לעבוד ברציפות.
לפיכך, הקמת תחנת כוח סולארית בחלל, שתשדר את האנרגיה שלה לכדור הארץ - "תעקוף" את הבעיה הזאת, ותאפשר ייצור חשמל ללא הפסקה, באופן צפוי ונשלט. עד כמה ההבדל הזה משמעותי? בהינתן היתרונות הללו, פאנלים סולאריים שממוקמים בחלל עשויים להפיק פי 7 יותר חשמל מפאנלים זהים שנמצאים בכדור הארץ. יתרון נוסף של הפקת אנרגיה בחלל הוא האפשרות לשדר אותה באופן אלחוטי לכל מקום בכדור הארץ שבו זקוקים לה, כולל אזורים נידחים או מוכי-אסון, בלי צורך בהקמת מתקן לייצור אנרגיה באזור.
שלח חשמלך על פני המיקרו
כאמור, החללית ששוגרה לאחרונה עתידה לבצע שלושה ניסויים שנועדו לבחון את היכולת להפיק חשמל בחלל ולשדר אותו באופן אלחוטי למקלט ייעודי. מכיוון ששיגור עצמים לחלל הוא דבר יקר, וכל קילוגרם שנשלח לחלל עולה הרבה מאוד כסף - החוקרים פיתחו מערכת קלה במיוחד שאפשר לשגר בעודה מקופלת. לפיכך, הניסוי הראשון שמבצעת החללית יבדוק את יכולות הפריסה של המערכת הקלה הזאת. הניסוי השני "יחפש את האחד": הוא כולל בחינה של 32 פאנלים סולאריים שונים במטרה למצוא את היעיל והעמיד ביותר עבור הפקת אנרגיה בסביבה הקיצונית של החלל.
הניסוי השלישי ייבחן את הצעד הבא שנדרש כדי לשדר אנרגיה מהחלל לכדור הארץ: מערך משדרים גמישים וקלים במיוחד, שמורכבים על גבי החללית - צפויים להמיר את החשמל לגלי מיקרו (גלים בתדירות של 300 מגה-הרץ עד 300 ג'יגה-הרץ, שמשמשים כיום בין השאר במכ"מים ובטלוויזיה בכבלים, עוברים בקלות יחסית דרך אטמוספרת כדור הארץ וכמעט שלא נבלעים, מוחזרים או מפוזרים על ידה). בשלב זה, גלים אלה ישודרו באופן אלחוטי לשני מקלטים (שבניסוי זה, ממוקמים גם הם על גבי החללית).
החללית מהמכון הטכנולוגי בקליפורניה מצטרפת לשורת פיתוחים וניסויים דומים, שהתבצעו עד כה על פני כדור הארץ: בשנה שעברה חוקרים ממעבדת המחקר של הצי האמריקני הדגימו שידור של אנרגיה בהספק של 1.6 קילו-וואט על פני יותר מקילומטר, באמצעות גלי מיקרו. בנוסף, בסוף ספטמבר סוכנות החלל האירופית הדגימה שידור דומה, על פני מרחק של כ-36 מטר. האנרגיה ששודרה בניסוי זה שימש למטרות יום-יומיות ופשוטות, למשל: הוא האיר עיר מיניאטורית, וקירר בירה נטולת-אלכוהול שהוגשה למכובדים שהוזמנו לאירוע. לאחרונה, גם יפן וסין הודיעו על פיתוחים דומים שעתידים לצאת אל הפועל כבר בשנים הקרובות.
בטיחותי וכדאי?
בשלב זה חלק מאיתנו בוודאי תוהים: האם שידור של גלי מיקרו, על פני שטחים נרחבים - הוא מהלך בטיחותי? לפי מדעני הצי האמריקני, הבחירה בגלי המיקרו נובעת בין היתר דווקא מהעובדה ששימוש בהם, כשהם נמצאים בצפיפות נמוכה – הוא בטוח עבור בני אדם ויצורים אחרים. גם סקירה של אוניברסיטת MIT קבעה ששידור אנרגיה באמצעות גלי מיקרו בצפיפות נמוכה הוא בטוח ליצורים חיים, בדומה לשידור של אינטרנט אלחוטי. יחד עם זאת, לפי סוכנות החלל האירופית, נדרש מחקר נוסף בתחום.
ויש גם אתגר נוסף: כדי להקים תחנת כוח מחוץ לכדור הארץ נדרשים פאנלים סולאריים רבים מאוד, שייצרו מבנה בגודל של מספר קילומטרים – ושאותו צריך לשגר לחלל. מדובר בעסק יקר למדי, וגם מסובך מאוד להקמה. בהינתן האתגרים הללו, כיצד ייתכן שמיזמים רבים בנושא צוברים תאוצה?
"בשנים האחרונות היו שתי התקדמויות משמעותיות שהעלו את ההיתכנות של התחום", מסביר פרופ' יואב יאיר, דיקן בית הספר לקיימות באוניברסיטת רייכמן בהרצליה. "ההתקדמות הראשונה הייתה קשורה בהורדת עלות השיגור לחלל בשל כניסתן של חברות מסחריות לתחום". כיום, עלות השיגור לחלל על גבי טיל פאלקון 9 של חברת SpaceX נמוכה ב-95 אחוזים משיגור על גבי מעבורת חלל אמריקנית – ומגמת ההוזלה עתידה להימשך. "ההתקדמות השנייה נעוצה בהתפתחות הטכנולוגית של הפאנלים הסולאריים, שהגבירה את יעילותם מאוד", מעיד יאיר. זאת אומרת, כיום נדרשים פאנלים סולאריים בכמות פחותה עבור מכסות אנרגיה דומות, וגם עלות שיגורן לחלל של המערכות האלה היא נמוכה יותר.
בנוסף, לדברי יאיר, ההכרה בדחיפות המעבר לאנרגיות מתחדשות גדלה מיום ליום. "יש לנו 15-10 שנים גורליות שבהן עלינו להוריד באופן דרמטי את כמות פליטות הפחמן הדו-חמצני שאנחנו מייצרים". אז האם ייצור האנרגיה בחלל הוא הפתרון המיטבי לכך? "מדובר בתחום עם פוטנציאל מדהים וטכנולוגיה בשלה כמעט. אני מצפה לכך שתוך 10-5 שנים כבר נראה פיתוח שעובד", מסכם יאיר.
הכתבה הוכנה על ידי זווית – סוכנות הידיעות של האגודה הישראלית לאקולוגיה ולמדעי הסביבה
