أحدث الأخبار مع #الريغوليث
شبكة النبأ
٠٩-٠٤-٢٠٢٥
- علوم
- شبكة النبأ
تصنيع الخلايا الشمسية على سطح القمر.. تقنية تمهّد لظهور المدن الفضائية
يتيح تصنيع الخلايا الشمسية على سطح القمر توليد كميات هائلة من الكهرباء النظيفة بسهولة؛ مما يفتح الباب أمام إمكان بناء المدن والمستوطنات الفضائية، ووفق دراسة حديثة استعمل باحثون ما يُطلَق عليه زجاج القمر في تصنيع خلايا شمسية لديها القدرة على مقاومة تأثير الإشعاع الذي يقلّل من كفاءة تلك الوحدات... يتيح تصنيع الخلايا الشمسية على سطح القمر توليد كميات هائلة من الكهرباء النظيفة بسهولة؛ مما يفتح الباب أمام إمكان بناء المدن والمستوطنات الفضائية، ووفق دراسة حديثة طالعت نتائجها منصة الطاقة المتخصصة (مقرّها واشنطن)، استعمل باحثون ما يُطلَق عليه زجاج القمر في تصنيع خلايا شمسية لديها القدرة على مقاومة تأثير الإشعاع الذي يقلّل من كفاءة تلك الوحدات؛ لتنهي بذلك أحد أصعب التحديات التي تعترض تركيب الألواح الشمسية في الفضاء. ويتمتع زجاج القمر بمزايا عديدة مقارنةً بالزجاج العادي المصنوع من مواد على سطح الأرض، ففي الفضاء يميل الزجاج العادي إلى اللون البني، مما يحجب جزءًا من ضوء الشمس الساقطة عليه، ويقلّل بالتالي من كفاءة الخلية الشمسية في توليد الكهرباء. في المقابل فإن لدى زجاج القمر لونًا بُنيًا طبيعيًا نتيجة للشوائب الموجودة في الريغوليث (Regolith)، وهي التربة القمرية؛ مما يمنع زيادة درجة اللون البني للزجاج، وبالتالي خفض مستوى عتامته. غبار القمر نجح الباحثون في تطوير خلايا شمسية مصنوعة من غبار القمر الاصطناعي الذي يحوّل ضوء الشمس بكفاءة إلى كهرباء، كما أن لديه القدرة على مقاومة التلف الناتج عن الإشعاع، وخفض الحاجة إلى نقل المواد الثقيلة إلى الفضاء، وفق دراسة نشرتها دورية ديفايس (Device). ومن الممكن أن يُسهم هذا الابتكار الثوري في مواجهة أحد أكبر التحديات التي تواجه جهود استكشاف الفضاء، والمتمثل في ضمان إتاحة مصدر طاقة موثوق للمستوطنات والمدن المخطط إقامتها على سطح القمر في المستقبل. وقال كبير الباحثين في جامعة بوتسدام الألمانية، فليكس لانغ: "الخلايا الشمسية المُستعمَلة في الفضاء حاليًا مذهلة؛ إذ وصلت نسبة كفاءتها إلى 30%، بل وحتى إلى 40%، غير أن الكفاءة تأتي مقترنة بالسعر". وأضاف لانغ: "الخلايا الشمسية المذكورة مرتفعة التكلفة للغاية، وثقيلة نسبيًا نظرًا إلى أنها تستعمِل الزجاج أو حتى رقائق معدنية سميكة كغطاء؛ ومن الصعب نقل تلك الخلايا إلى الفضاء"، وفق تصريحات تابعتها منصة الطاقة المتخصصة. وبدلًا من نقل خلايا شمسية من الأرض إلى القمر، استهدف لانغ ومساعدوه تطوير المواد الموجودة بالفعل على سطح القمر، عبر استبدال الزجاج الموجود على سطح القمر أو الزجاج المُصنّع من تربة القمر بنظيره التقليدي المُصنّع على كوكب الأرض، في تحول كفيل بخفض كتلة إطلاق مركبة فضائية بنسبة 99.4%، وتقليص إنفاق النقل بنسبة 99%، وجعل عملية بناء مدن على سطح القمر في المدى الطويل أكثر جدوى. زجاج القمر لتجريب الفكرة المذكورة، أذاب الباحثون غبار القمر في الزجاج المُصنّع من تربة القمر، وبنوا نوعًا جديدًا من الخلايا الشمسية، وفق معلومات طالعتها منصة الطاقة المتخصصة. ثم دمج الباحثون زجاج القمر مع خلال البيروفسكايت، وهي مجموعة من مواد الطاقة الشمسية عالية الكفاءة ومنخفضة التكلفة. وبفضل تلك الخلايا الجديدة، أصبح من الممكن توليد كهرباء تزيد 100 مرة لكل غرام يُرسَل إلى الفضاء قياسًا بألواح الطاقة الشمسية الفضائية التقليدية. وقال كبير الباحثين في جامعة بوتسدام الألمانية، فليكس لانغ: "إذا خفّضت الوزن بنسبة 99%، فإنك لا تحتاج إلى خلايا شمسية فائقة الكفاءة بنسبة 30%؛ إذ أنك تُصنّع المزيد منها على سطح القمر"، وأضاف لانغ: "إلى جانب ذلك فإن الخلايا الشمسية التي طورناها تُظهِر درجة استقرار أعلى ضد الإشعاع، في حين تنخفض كفاءة الأنواع الأخرى من الألواح الشمسية بمضي الوقت". ويُعد الإشعاع تحديًا كبيرًا بالنسبة إلى تركيب الألواح الشمسية في الفضاء، إذ إنه بمضي الوقت تزداد قتامة الزجاج التقليدي نتيجة التعرض للإشعاع، وحجب ضوء الشمس؛ ما ينتُج عنه في النهاية انخفاض كفاءة تلك الوحدات في توليد الكهرباء النظيفة. لكن الزجاج المصنوع من تربة القمر والمصبوغ بصورة طبيعية بالشوائب الموجودة في غبار القمر، يبقى في حالة مستقرة، ويقاوم العتامة؛ مما يمنحه ميزةً كبيرةً جدًا في تصنيع الخلايا الشمسية. تصنيع بسيط وإمكانات كبيرة ثمة فائدة أخرى تقترب باستعمال الزجاج المصنوع من تربة القمر وهي سهولة تصنيعه، إذ لا يتطلب هذا الزجاج خضوعه لأي عمليات تنقية، بل من الممكن أن يذيب ضوء الشمس المركز تربة القمر ويحولها إلى زجاج، وفق معلومات اطّلعت عليها منصة الطاقة المتخصصة. ومن خلال تحسين سمك الزجاج، وتركيب الخلايا الشمسية، حقّق فريق البحث في بوتسدام الألمانية كفاءةً نسبتها 10%؛ مما يُعد بدايةً واعدةً. ويعتقد الباحثون أن استعمال الزجاج المصنوع من تربة القمر النقي والشفاف سيُتيح نسبة كفاءة تصل إلى 23%؛ مما يجعله شبيهًا بالألواح الشمسية المصنوعة على كوكب الأرض. تحديات قائمة على الرغم من الصورة الوردية التي تُظهرها الألواح الشمسية المصنوعة من زجاج القمر من حيث كفاءة توليد الكهرباء النظيفة بكميات غير محدودة، ما تزال هناك تحديات قائمة يتعيّن تجاوزها من أجل نشر تلك التقنية عمليًا. فانخفاض جاذبية القمر قد يؤثر في كيفية تشكّل الزجاج المذكور. كما أن المذيبات المسُتعمَلة في معالجة البيروفسكايت الشمسية لن تعمل في الفراغ، وقد تُهدّد التقلبات الشديدة في درجات الحرارة استقرار المادة. ولاختبار تلك الألواح الشمسية في الظروف الحقيقية السائدة على سطح القمر، يأمل الباحثون في إجراء تجربة صغيرة على سطح القمر. وفي هذا السياق، قال فليكس لانغ: "من استخراج المياه لتصنيع الوقود إلى بناء منازل بأحجار مصنوعة من تربة القمر، يجد العلماء طرقًا لاستعمال غبار القمر"، مضيفًا: "الآن بمقدورنا أن نُحدث تحويلًا في الخلايا الشمسية كذلك، كي نتيح الكهرباء التي تحتاج إليها المدن المستقبلية على سطح القمر".
جو 24
٠٨-٠٤-٢٠٢٥
- علوم
- جو 24
العلماء يؤكدون إمكانية تصنيع ألواح شمسية من الغبار القمري
جو 24 : قد تحصل القواعد القمرية المستقبلية على الطاقة من الألواح الشمسية المصنوعة محليا من غبار القمر المنصهر. وتعتبر تلك العملية أقل تكلفة من نقل تلك الألواح من الأرض. وقام مختبر الإلكترونيات المقاومة للإشعاع بأشباه الموصلات المرنة تحت إشراف الفيزيائي فيليكس لانغ من جامعة "بوتسدام" بتصميم واختبار عدة خلايا شمسية تحتوي على غبار القمر. ومكونها الرئيسي بلورة تسمى هاليد البيروفسكايت وتحتوي على عناصر كيميائية مثل الرصاص والبروم واليود، بالإضافة إلى جزيئات طويلة من الكربون والهيدروجين والنيتروجين. وقد نشر العلماء نتائج تجاربهم في مجلة "ديفايس". وقام الباحثون بصهر نظير اصطناعي للريغوليث القمري، وهو الطبقة الصخرية والغبارية التي تغطي سطح القمر وتحوّله إلى "زجاج قمري"، ثم دمجوه مع مادة (البيروفسكايت) لإنتاج خلية شمسية. ولم يتم تنقية الريغوليث، لذا كان "الزجاج القمري" معتما إلى درجة ما. ومع ذلك، تم تحقيق كفاءة تصل إلى 12٪ في أفضل النماذج الأولية. وتصل كفاءة الخلايا الشمسية العادية من البيروفسكايت إلى حوالي 26٪. لكنفيليكس لانغ واثق، بناء على نتائج النمذجة الحاسوبية، من أن هذا الرقم القياسي يمكن تحطيمه. وبشكل عام، أجمع الباحثون على أن الخلايا الشمسية المصنوعة من البيروفسكايت ستتفوق على نظيراتها المصنوعة من السيليكون سواء في الفضاء أو على الأرض. ومن وجهة نظر المهمات القمرية، فإن مواد البيروفسكايت لها مستقبل لأنها يمكن أن تكون رقيقة جدا، مما يقلل من وزن الحمولة المنقولة إلى القمر. وفقا لتقديرات الفريق البحثي، فإن الخلية الشمسية بمساحة 400 متر مربع ستحتاج إلى حوالي كيلوغرام واحد من البيروفسكايت فقط. وقال الباحثون إن عدم الحاجة إلى تنقية الريغوليث يبسط الإنتاج إلى أقصى حد. وفي الواقع، يكفي للصهر وجود مرآة مقعرة كبيرة وضوء الشمس. وقال لانغ إن أحد زملائه قد تأكد من ذلك بالفعل من خلال إجراء تجربة في "ظروف ميدانية"، أي على سطح جامعة "بوتسدام" حيث انصهر الريغوليث تحت تأثير أشعة الشمس المركزة. وقال البروفيسور إيان كروفورد من جامعة "بيركبيك" في لندن:" إذا نجحت هذه التكنولوجيا، فيمكن استخدامها لإنتاج مكونات أخرى ضرورية للقاعدة القمرية، مثل البلاط. وأضاف العالم الجيوكيميائي مايكل ديوك من معهد القمر والكواكب قائلا:" سيحتاج تصنيع الخلايا الشمسية من الزجاج القمري إلى العديد من التحسينات التكنولوجية، ولكن في المستقبل يمكن تنظيم إنتاج المكونات الفضائية على القمر، حيث إن إطلاقه على القمر أسهل من تحقيقه على الأرض. ويعمل فيليكس لانغ وزملاؤه حاليا على تطوير كفاءة خلاياهم الشمسية. وعلى سبيل المثال، يدرسون ما إذا كان يمكن تحسين جودة الزجاج القمري عن طريق إزالة الحديد من الريغوليث باستخدام المغناطيس قبل الصهر. ويريدون كذلك توسيع هذه العملية لتشمل الأجرام السماوية الأخرى الغنية بالغبار. المصدر: تاس تابعو الأردن 24 على
الأنباء العراقية
٠٨-٠٤-٢٠٢٥
- علوم
- الأنباء العراقية
العلماء يؤكدون إمكانية تصنيع ألواح شمسية من الغبار القمري
متابعة - واع قد تحصل القواعد القمرية المستقبلية على الطاقة من الألواح الشمسية المصنوعة محليا من غبار القمر المنصهر، وتعتبر تلك العملية أقل تكلفة من نقل تلك الألواح من الأرض. وقام مختبر الإلكترونيات المقاومة للإشعاع بأشباه الموصلات المرنة تحت إشراف الفيزيائي فيليكس لانغ من جامعة "بوتسدام" بتصميم واختبار عدة خلايا شمسية تحتوي على غبار القمر، ومكونها الرئيسي بلورة تسمى هاليد البيروفسكايت وتحتوي على عناصر كيميائية مثل الرصاص والبروم واليود، بالإضافة إلى جزيئات طويلة من الكربون والهيدروجين والنيتروجين، وقد نشر العلماء نتائج تجاربهم في مجلة "ديفايس". وقام الباحثون بصهر نظير اصطناعي للريغوليث القمري، وهو الطبقة الصخرية والغبارية التي تغطي سطح القمر وتحوّله إلى "زجاج قمري"، ثم دمجوه مع مادة (البيروفسكايت) لإنتاج خلية شمسية، ولم يتم تنقية الريغوليث، لذا كان "الزجاج القمري" معتما إلى درجة ما، ومع ذلك، تم تحقيق كفاءة تصل إلى 12٪ في أفضل النماذج الأولية، وتصل كفاءة الخلايا الشمسية العادية من البيروفسكايت إلى حوالي 26٪. لكن فيليكس لانغ واثق، بناء على نتائج النمذجة الحاسوبية، من أن هذا الرقم القياسي يمكن تحطيمه. وبشكل عام، أجمع الباحثون على أن الخلايا الشمسية المصنوعة من البيروفسكايت ستتفوق على نظيراتها المصنوعة من السيليكون سواء في الفضاء أو على الأرض. ومن وجهة نظر المهمات القمرية، فإن مواد البيروفسكايت لها مستقبل لأنها يمكن أن تكون رقيقة جدا، مما يقلل من وزن الحمولة المنقولة إلى القمر، وفقا لتقديرات الفريق البحثي، فإن الخلية الشمسية بمساحة 400 متر مربع ستحتاج إلى حوالي كيلوغرام واحد من البيروفسكايت فقط. وقال الباحثون إن عدم الحاجة إلى تنقية الريغوليث يبسط الإنتاج إلى أقصى حد. وفي الواقع، يكفي للصهر وجود مرآة مقعرة كبيرة وضوء الشمس. وقال لانغ إن أحد زملائه قد تأكد من ذلك بالفعل من خلال إجراء تجربة في "ظروف ميدانية"، أي على سطح جامعة "بوتسدام" حيث انصهر الريغوليث تحت تأثير أشعة الشمس المركزة. وقال البروفيسور إيان كروفورد من جامعة "بيركبيك" في لندن:" إذا نجحت هذه التكنولوجيا، فيمكن استخدامها لإنتاج مكونات أخرى ضرورية للقاعدة القمرية، مثل البلاط. وأضاف العالم الجيوكيميائي مايكل ديوك من معهد القمر والكواكب قائلا:" سيحتاج تصنيع الخلايا الشمسية من الزجاج القمري إلى العديد من التحسينات التكنولوجية، ولكن في المستقبل يمكن تنظيم إنتاج المكونات الفضائية على القمر، حيث إن إطلاقه على القمر أسهل من تحقيقه على الأرض. ويعمل فيليكس لانغ وزملاؤه حاليا على تطوير كفاءة خلاياهم الشمسية. وعلى سبيل المثال، يدرسون ما إذا كان يمكن تحسين جودة الزجاج القمري عن طريق إزالة الحديد من الريغوليث باستخدام المغناطيس قبل الصهر، ويريدون كذلك توسيع هذه العملية لتشمل الأجرام السماوية الأخرى الغنية بالغبار.
أخبارنا
٠٥-٠٤-٢٠٢٥
- علوم
- أخبارنا
من غبار القمر إلى طاقة للمستقبل: خلايا شمسية خفيفة ومضادة للإشعاع تُمهد للاستيطان الفضائي
في إنجاز قد يُغيّر مستقبل استكشاف الفضاء، طوّر باحثون خلايا شمسية جديدة مصنوعة من غبار قمري مُحاكى، قادرة على تحويل ضوء الشمس إلى كهرباء بكفاءة عالية، وتحمّل ظروف الفضاء القاسية، في خطوة قد تُمهد لإنشاء مستوطنات بشرية دائمة على سطح القمر دون الحاجة لنقل معدات ثقيلة من الأرض. ووفق موقع Interesting Engineering، أثبت فريق بحثي بقيادة فيليكس لانغ من جامعة بوتسدام الألمانية أن استخدام "زجاج القمر" – وهو زجاج يُصنّع من الريغوليث القمري (الغبار والصخور السطحية على القمر) – يمكن أن يُوفر بديلاً خفيفاً واقتصادياً للزجاج الصناعي المستخدم في الخلايا الشمسية التقليدية، ويُقلّل من كتلة شحن المركبات الفضائية بنسبة 99.4%، ما يُعد مكسباً لوجستياً هائلاً. قام الفريق بصهر الغبار القمري المحاكى وتحويله إلى زجاج، ثم دمجه مع مادة البيروفسكايت، وهي من أبرز المواد الواعدة في مجال الطاقة الشمسية، ليحصلوا على خلايا قادرة على إنتاج طاقة أعلى بـ100 مرة لكل غرام مقارنة بالخلايا التقليدية، مع مقاومة أفضل للإشعاع، وهي نقطة ضعف رئيسية في الخلايا الحالية. ويمتاز زجاج القمر بقدرته على مقاومة التعتيم الإشعاعي، ما يسمح له بالحفاظ على أداء ثابت في الفضاء، كما يمكن تصنيعه بسهولة باستخدام الحرارة المركزة من أشعة الشمس، دون الحاجة لعمليات صناعية معقدة أو مذيبات كيميائية يصعب استخدامها في بيئة القمر. ورغم أن الكفاءة الحالية للتجارب لم تتجاوز 10%، يتوقع الباحثون أن تصل إلى 23% باستخدام أنواع زجاج أكثر شفافية، لتُصبح بذلك منافساً قوياً لتقنيات الأرض. لكن لا تزال هناك تحديات تقنية يجب تجاوزها، مثل تأثير الجاذبية المنخفضة، والتقلبات الحادة في درجات الحرارة، وصعوبة تطبيق بعض خطوات التصنيع في الفراغ القمري. ويعتزم الفريق إرسال نموذج أولي إلى القمر لاختبار أدائه في بيئة واقعية، في خطوة يأملون أن تُمهّد الطريق لتوفير الطاقة اللازمة لمهام استكشاف طويلة الأمد أو حتى مساكن مستقبلية على سطح القمر تعتمد بالكامل على مواد محلية.
