الطاقة الشمسية في الأقمار الصناعية: كيف تحولت أشعة الشمس إلى شريان الحياة في الفضاء

الرئيسة / مقالات علمية

محمد المدني

عدد المقالات : 23

هل تساءلت يومًا كيف يمكن لقمر صناعي يطفو في فراغ الفضاء، بعيدًا عن أي محطة توليد كهرباء أو شبكة طاقة أرضية، أن يستمر في العمل لسنوات وربما عقود دون أن يتوقف عن إرسال بياناته أو بث إشاراته إذا اقتربنا من الإجابة سنكتشف أن السر يكمن في مصدر يبدو بسيطًا لكنه في الواقع معقد للغاية من الناحية الفيزيائية والهندسية، إنه ضوء الشمس، ذلك النهر المتدفق من الفوتونات الذي لا ينضب ما دامت الشمس مشتعلة. الأقمار الصناعية منذ بداياتها أدركت أن الاعتماد على البطاريات وحدها يعني عمرًا قصيرًا للغاية، فالبطارية الكيميائية مهما كانت متطورة ستفرغ طاقتها في بضعة أيام أو أسابيع، لكن عندما نجح العلماء في تسخير التأثير الكهروضوئي وتحويل أشعة الشمس إلى تيار كهربائي عبر الخلايا الشمسية، وُلدت ثورة جعلت من الطاقة الشمسية العمود الفقري لكل مهمة فضائية طويلة الأمد.
ربما تتساءل ما هو التأثير الكهروضوئي الذي تعتمد عليه هذه الخلايا لنأخذ خطوة إلى الوراء إلى عام 1905 حين شرح ألبرت أينشتاين كيف يمكن لفوتون ضوئي قادم من الشمس أن يصطدم بذرة في مادة شبه موصلة كالسليكون فيحرر إلكترونًا منها، ذلك الإلكترون ينطلق مشكلًا تيارًا كهربائيًا إذا وُجد فرق جهد مناسب داخل الخلية. هذه الظاهرة التي نالت جائزة نوبل لأينشتاين هي الأساس الذي تقوم عليه كل الألواح الشمسية على الأرض وفي الفضاء على حد سواء. الفرق الجوهري هو أن الفضاء يمنحنا ضوءًا أنقى وأقوى لأن لا وجود لغلاف جوي يمتص أو يبعثر جزءًا من الإشعاع، وهذا يعني أن الخلايا الشمسية في المدار تستقبل طاقة أعلى بكثير من نظيراتها الأرضية.
لكن هل كان هذا الحال منذ البداية الحقيقة أن أول قمر صناعي في التاريخ، سبوتنيك 1 الذي أطلقه الاتحاد السوفيتي عام 1957، لم يستخدم الألواح الشمسية على الإطلاق، بل اعتمد على بطاريات داخلية نفدت بعد أسابيع قليلة. بعد ذلك بعام واحد فقط جاء قمر أمريكي اسمه فانغارد 1 ليكون أول من يستمد طاقته من الشمس عبر ألواح صغيرة بدائية من السيليكون، ومن هنا بدأت القصة الطويلة التي لا تزال مستمرة. في الستينات والسبعينات كان الاعتماد الأكبر على السيليكون النقي بكفاءة لم تتجاوز 10، أي أن تسعة أعشار الطاقة الضوئية كانت تضيع هباء، لكن مع ذلك كان الإنجاز مذهلًا لأن القمر أصبح قادرًا على العمل لأشهر وربما سنوات. بمرور الوقت ظهرت مواد أفضل مثل زرنيخيد الغاليوم، الذي تميز بمقاومته الكبيرة للإشعاع الكوني وبتحقيق كفاءة قاربت 25. أما في العقود الأخيرة فقد وصلنا إلى الخلايا متعددة الوصلات، وهي خلايا مكونة من طبقات مختلفة كل منها يمتص جزءًا من الطيف الشمسي، ما يرفع الكفاءة إلى أكثر من 40 في الفضاء.
ولعلك تتساءل الآن: إذا كانت الطاقة الشمسية متوفرة باستمرار في المدار، فلماذا نحتاج إلى بطاريات أصلًا الجواب يكمن في حركة القمر الصناعي حول الأرض، إذ يمر في بعض الأوقات داخل ظل الكوكب فلا تصله أشعة الشمس، وهذا ما يسمى بالكسوف الأرضي. في هذه الفترات التي قد تمتد لعشرات الدقائق يعتمد القمر الصناعي على بطاريات أيون الليثيوم أو بطاريات أخرى متطورة جرى شحنها بالطاقة الشمسية أثناء وجوده في الضوء. إذن نحن أمام نظام مزدوج: ألواح شمسية لإنتاج الكهرباء عند الإضاءة، وبطاريات لتخزينها وضمان استمرارية التشغيل في الظل.
لكن القصة لا تخلو من تحديات قاسية، فلو سألت مهندسًا يعمل في وكالة ناسا أو وكالة الفضاء الأوروبية سيخبرك أن الخلية الشمسية التي تعمل على الأرض لعقود قد تتدهور بسرعة في الفضاء بسبب وابل مستمر من البروتونات والإلكترونات عالية الطاقة القادمة من الرياح الشمسية والإشعاع الكوني، ما يؤدي إلى تدمير بنيتها البلورية وخفض كفاءتها تدريجيًا. لهذا تُختبر الألواح تحت ظروف إشعاعية قاسية في المختبرات قبل إرسالها، ويُضاف إليها دروع رقيقة أحيانًا لتقليل الأثر. كما أن الفضاء لا يوفر هواءً للتبريد، والحرارة يمكن أن ترتفع بشكل هائل عندما تكون الألواح في مواجهة الشمس مباشرة، ثم تهبط إلى درجات تجمد قاسية في الظل، هذه الدورة الحرارية المستمرة تمثل تحديًا ميكانيكيًا على المواد، ولذلك نرى هياكل متقدمة تسمح بتمدد الألواح وانكماشها دون أن تتشقق.
ومن زاوية هندسية مثيرة، يسأل سائل: كيف يمكن وضع ألواح شمسية ضخمة على صاروخ صغير أثناء الإطلاق
الجواب هو أن تُطوى الألواح بآليات دقيقة مثل الأكورديون أو المروحة، وعندما يصل القمر إلى مداره تُفتح تلقائيًا في عملية أشبه بوردة تتفتح في الفضاء. بعض الأقمار الصغيرة مثل كيوبسات تكتفي بألواح جانبية صغيرة، لكن التلسكوبات الكبرى مثل جيمس ويب تمتلك منظومات معقدة تزن مئات الكيلوغرامات وتنتج عشرات الكيلوواط من الطاقة. للمقارنة، محطة الفضاء الدولية تعتمد على أكبر مجموعة ألواح شمسية صنعتها البشرية حتى الآن وتنتج نحو 250 كيلوواط، وهو ما يكفي لتشغيل بلدة صغيرة على الأرض.
إن كنت تتابع الإنترنت الفضائي عبر أقمار ستارلينك مثلًا، فاعلم أن كل قمر منها مزود بألواح شمسية مرنة عالية الكفاءة، تضمن بقاءه في المدار لسنوات دون الحاجة لأي وقود إضافي لتشغيل أنظمته. والأمر نفسه ينطبق على أقمار الملاحة مثل GPS وغاليليو، فهي تحتاج طاقة مستقرة لتشغيل ساعاتها الذرية فائقة الدقة، إذ إن أي اضطراب طاقي قد يؤدي إلى أخطاء في تحديد المواقع على الأرض. أما الأقمار العلمية مثل هابل أو مسبار جونو الذي يدور حول المشتري، فقد أظهرت للعالم أن الطاقة الشمسية يمكن أن تبقى فعالة حتى على مسافات بعيدة جدًا من الشمس، وإن كان ذلك يتطلب ألواحًا أكبر بكثير بسبب انخفاض شدة الإشعاع الشمسي مع البعد .
لكن ماذا عن المستقبل يبدو أن العلماء لا يكتفون بمجرد تزويد الأقمار الصناعية بالطاقة، بل بدأوا يتطلعون إلى بناء محطات طاقة شمسية ضخمة في الفضاء تبث الكهرباء إلى الأرض عبر موجات ميكروويف، فكرة كانت تبدو خيالية قبل عقود لكنها اليوم قيد البحث في وكالات مثل ناسا ووكالة الفضاء اليابانية. تخيل أن يتم نشر مجموعة هائلة من الألواح في مدار ثابت حول الأرض، تلتقط أشعة الشمس بلا انقطاع ثم تحولها إلى طاقة يمكن نقلها مباشرة إلى محطات استقبال أرضية، هذا قد يغير مستقبل الطاقة بالكامل. كذلك هناك أبحاث في الخلايا الشمسية الكمية التي تستخدم مبادئ ميكانيكا الكم لالتقاط طيف أوسع من الضوء، ما قد يجعل الكفاءة تتجاوز الحدود الحالية بكثير.
وعندما تتأمل هذا المشهد ستدرك أن الطاقة الشمسية لم تعد مجرد خيار اقتصادي أو بيئي على الأرض، بل أصبحت شريان حياة لكل نشاط فضائي، من أبسط كيوبسات جامعية إلى أعظم التلسكوبات والمسابير الكوكبية. إن الاعتماد على الشمس في الفضاء ليس رفاهية بل ضرورة فيزيائية، لأن البدائل مثل المفاعلات النووية صغيرة الحجم أو البطاريات فائقة السعة ما تزال محدودة ومكلفة وخطرة. الشمس تمنحنا تيارًا مجانيًا مستمرًا من الفوتونات، وكل ما علينا فعله هو أن نتقن فن التقاطه وتوجيهه وحمايته. وبينما تقرأ هذه السطور، مئات الأقمار الصناعية فوق رأسك تفتح ألواحها كالزهور وتلتقط طاقة عمرها أربعة مليارات سنة لتبث لك إشارة، أو تحدد لك موقعك، أو ترسل صورة لكوكب بعيد.

تُعد الطاقة الشمسية العمود الفقري للأقمار الصناعية، إذ تحوّل الفوتونات القادمة من الشمس إلى تيار كهربائي يمدها بالحياة في مدارها البعيد. منذ بدايات سبوتنيك وصولًا إلى التلسكوبات الحديثة، تطورت الخلايا الشمسية من سيليكون بدائي إلى تقنيات متعددة الوصلات بكفاءة عالية. وبينما تواجه تحديات الإشعاع والظل، تظل الشمس المصدر الأكثر استدامة الذي يضمن استمرار حضور الإنسان في الفضاء.

اعضاء معجبون بهذا

جاري التحميل

ثقافية

المختار الثقفي والبشارة

لا أدري كيف نشأ لدي هذا التصور، أو من صوّر لي هذا الأمر منذ الطفولة كنت أتصور أن يوم" فرحة الزهراء"يوم مرتبط بالمختار الثقفي،وحين كانت أمي تزيح السواد وتغيره، وترفع الرايات عن مكانها، وتعيد ترتيب الأثاث كما كان قبل المجالس الحسينية، وذلك في يوم التاسع من ربيع الأول، كنت أظن أن هذا اليوم هو اليوم... المزيد

د.أمل الأسدي

عدد المقالات : 87

الدستور العراقي: قراءة تحليلية في عدد مواده قبل وبعد التصويت عليه

الدستور العراقي: قراءة تحليلية في عدد مواده قبل وبعد التصويت عليه الأستاذ الدكتور نوري حسين نور الهاشمي 24/10/2025 تمهيد انطلاقًا من الاهتمام الأكاديمي بالشأن العام، ومن موقع المتابعة التحليلية للمسار السياسي والدستوري في العراق على مدى عقود، تأتي هذه الدراسة بوصفها محاولة لتشخيص الخلل البنيوي الذي... المزيد

نوري حسين نور الهاشمي

عدد المقالات : 86

العراق والإعلام الأموي.. مناقشة آراء د. نوري حمودي القيسي

توطئة تأريخية: اشتعلت نيران الرفض والتمرد ضد الأمويين وبلا هوادة بعد قيام الإمام الحسين(ع)، فقد أسس الإمام وعيا دائم الحياة للمسلمين وللإنسانية، أسس خطا رافضا للظلم بكل أشكاله، والغريب في هذا الخط أنه بقي حيا مقاوما علی الرغم مما بذلته السياسة الأموية وماكنتها الإعلامية الجاهلية المحرضة، فالضخ... المزيد

د.أمل الأسدي

عدد المقالات : 87

لماذا المشاركة بالانتخابات مهم جدا

قررت صباح الجمعة ان أذهب إلى مقهى المدلل حيث كان اصدقائي ينتظروني كان موعدنا صباح الجمعة كما اتفاقنا وصلت الساعة التاسعة والربع صباحا ووجدتهم في نقاش حاد ما إن سلمت عليهم حتى قال الشاعر ابو علي: لقد وصلت في وقتك فالجدل احتد كثيرا حول الانتخابات وقد انقسمنا الى فريقين وسيكون قولك هو الفصل في الأمر..... المزيد

اسعد الدلفي

عدد المقالات : 25

أدبية

الشعراء المغمورون في الدفاع عن أهل البيت عليهم السلام

رُوَّادُ الولاء : شعراء أضاءوا بالحقِّ فطُمِسَ نورُهم لطالما تهادت على بساط التاريخ أسماءٌ كالشموس، بينما توارت في حنايا الظل أسماءٌ أُخر، لوّحتْ أقلامُها بمِدادٍ من لهيبٍ لا يقلُّ حممًا عن دماء السيوف في ساحات الوغى. أولئك كانوا حَمَلَةَ هَمِّ آل البيت الكرام، فكانت قصائدُهم صرخةَ حقٍّ تُردِّدُها... المزيد

وائل الوائلي

عدد المقالات : 61

وَالْمُقِلُّ غَرِيبٌ فِي بَلْدَتِهِ (قصة قصيرة)

في قريةٍ صغيرةٍ محاطةٍ بجبالٍ شاهقة، عاش رجلٌ يدعى هشام، معروفٌ بحكمته وطيب قلبه، لكنه كان يعاني من فقرٍ شديد. رغم ذلك، لم يشكُ يومًا ولم يطلب من أحد، بل كان دائم التوكل على الله. في ليلةٍ شتويةٍ عاصفة، ضاعت ماشية أحد أغنياء القرية في الجبال. أرسل الرجل خدمه للبحث، لكنهم عادوا خائبين. حينها، تقدم هشام... المزيد

قصص وعظات

عدد المقالات : 12

فالح حسون الدراجي شاهدٌ بلسان الوجع.. وقيثارة المقاومة

في فضاءات القصيدة العراقية، ينهض فالح حسون الدراجي كصرحٍ شعريٍّ نادر، يُجسّد آلام أمةٍ وهموم وطنٍ مزقته رياحُ الظلم. إنه ليس مجرد شاعرٍ ينسج الكلمات، بل **مؤرِّخٌ للجرح** بصوته الشعبي الصادق، و**مناضلٌ بالكلمة** في ساحات المواجهة ضد الطغيان. فشعره **سيفٌ مصقول** من حقائق المعاناة، و**مرآةٌ عاكسة** لتاريخ... المزيد

وائل الوائلي

عدد المقالات : 61

وَالفَقْرُ يُخْرِسُ الْفَطِنَ عَنْ حُجَّتِهِ (قصة قصيرة)

في زاوية السوق، جلس رجل أشيب، يضم كفيه الفارغتين إلى صدره كمن يحمي كنزًا لا يُرى. كان اسمه "يعقوب"، رجل عُرف يومًا بحكمته الراجحة ولسانه البليغ، لكنه اليوم بات شبحًا لمن كان. نشب خلاف بين تاجرين، وارتفعت الأصوات، فتوجهت الأنظار إلى يعقوب، الذي كان الحَكم في مثل هذه النزاعات. قال أحدهم: "يا يعقوب، احكم... المزيد

قصص وعظات

عدد المقالات : 12

علمية

الطاقة الشمسية في الأقمار الصناعية: كيف تحولت أشعة الشمس إلى شريان الحياة في الفضاء

الكرمة يحرق سوق اللاعبين بصفقات مرتفعة السعر

يبدو ان القائمين على نادي الكرمة الصاعد حديثا لدوري نجوم العراق يسعون لتكرار تجربة نادي الرشيد عبر بذل المال بشكل جنوني مما تسبب بارتفاع اسعار اللاعبين في سوق الانتقالات وقد كانت خطوة الحصول على خدمات الكابتن ايمن حسين خطوة كبيرة وملفتة في صفقة... المزيد

الحسن بن الهيثم: رائد البصريات الحديثة وأبو المنهج العلمي التجريبي

الحسن بن الهيثم وُلد في البصرة عام 965م في بيئة علمية مزدهرة كانت تتسم بازدهار الرياضيات والهندسة والفلسفة، وقد حصل على تعليم متقدم في هذه العلوم منذ صغره، متأثرًا بأعمال الفلاسفة اليونانيين مثل أرسطو وأفلاطون، لكنه رفض الاكتفاء بالنظريات... المزيد