מדינות בעולם בוחנות טכנולוגיות להפקת חשמל בעזרת שדה פאנלים סולריים ענקי שימוקם בחלל
הצבת המוני לוחות סולריים בחלל לצורך ייצור אנרגיה נשמעת כמו תרחיש מופרך, אך בשנים האחרונות היא נבחנת ברצינות. למעשה, כמה מדינות מקיימות מרוץ של ממש בדרך לפיתוח טכנולוגיה מתאימה.
ממשלת בריטניה, למשל, השקיעה לאחרונה למעלה מארבעה מיליון ליש"ט בקידום הרעיון, וסוכנות החלל שלה, לצד מגוון אוניברסיטאות וחברות פרטיות, מפתחות את הטכנולוגיה בשאיפה שתספק שליש מהאנרגיה בממלכה בתוך שניים עד שלושה עשורים. ממשלת יפן וסוכנות החלל היפנית JAXA מפתחות את הטכנולוגיה כבר שנים, ומקוות לבחון אותה בחלל כבר בעתיד הקרוב. בסוכנות החלל האירופית ESA חולמים על הובלת תעשייה בת טריליוני דולרים, וגם סין נכנסה למרוץ במלוא המרץ, ויש הטוענים שהיא אף מובילה בו.
גם האמריקאים, שקידמו את הרעיון עוד בשנות השבעים, חידשו את העניין בו, בהשתתפות שחקנים כמו נאס"א וגופי הביטחון האמריקאיים, שבוחנים את הטכנולוגיה, משקיעים בה, וכבר הוציאו לפועל ניסוי מוצלח בחלל. אבל למה להשקיע מיליארדים בהצבת פאנלים סולריים בחלל, כשהם עובדים מצוין כאן בכדור הארץ?
השדות הסולריים יחוגו בגובה של כ-36 אלף קילומטרים מעל פני כדור הארץ, והגלים האלקטרומגנטיים ייקלטו על ידי שדות של אנטנות. בתרשים: השלבים בפרויקט המהפכני להפקת חשמל מאנרגיית השמש בחלל | מקור: ESA©
ההבטחה הגדולה
מקורות אנרגיה מתחדשים, כמו טורבינות רוח ושדות סולריים – לוחות סולריים רבים הפרוסים על פני שטח רחב – מספקים חשמל זול ללא גזי חממה, אך יש להם חיסרון מרכזי: הפקת החשמל באמצעותם מקוטעת ולא קבועה. עוצמת הרוח משתנה ללא הרף, ובהתאם לכך גם קצב הסיבוב של טורבינות רוח, מה שמשפיע על הספק החשמל שהן מייצרות. השמש מאירה בחוזקה בצוהריים ועשויה לספק אנרגיה רבה, אך בשעות אחרות, או כאשר עננים מכסים את השמיים, היא מספקת פחות אנרגיה, וזה עוד מבלי לדבר על הלילה. תחנות כוח גרעיניות וסכרים הידרו-אלקטריים מאפשרים לייצר חשמל באופן קבוע ונקי, אך הם אינם מתאימים לכל מקום, ולעיתים הקמתם בעייתית בשל מגבלות טכניות או חברתיות. כל הסוגיות הללו מעלות צורך בפתרונות נוספים.
בחלל השמש תמיד זורחת. אם נתרחק מספיק מכדור הארץ, הוא כבר לא יסתיר את השמש, ואפשר יהיה להשתמש בשטף קבוע של אור. כיוון שאין בחלל עננים או אטמוספרה שבולעת את האור, קרינת השמש בחלל גם חזקה פי עשרה מהקרינה שמגיעה בממוצע אל פני הקרקע. כדי לנצל את התנאים האלה, מרבית התוכניות מציעות להציב שדה ענק של פאנלים סולריים במסלול גבוה סביב כדור הארץ, שתנועתם תהיה מתואמת עם סיבוב כדור הארץ (מסלול גיאוסטציונרי). שם, בגובה של כ-36 אלף קילומטרים מהקרקע, השדה הענק יקיף את כדור הארץ פעם ביום, כך שהוא יישאר תמיד מעל אותה נקודה בכדור הארץ. אור השמש ישטוף את הפאנלים הסולריים כמעט כל הזמן, מלבד במועדים קצרים וידועים מראש, כאשר כדור הארץ יצל עליהם.
כדי להעביר את החשמל לכדור הארץ, השדה הענק ימיר אותו לגלי מיקרו חזקים וישדר אותם באופן מרוכז אל שדות אנטנות מיוחדים שימירו את הגלים בחזרה לחשמל. גלי המיקרו כמעט ולא מושפעים מעננים וממזג האוויר, וכך נוכל ליהנות מחשמל סולרי לאורך כל השנה. בנוסף, אפשר יהיה להשתמש בשדה האנטנות בדרכים נוספות, כמו לגדל גידולים חקלאיים בין האנטנות, או להציב שם פאנלים סולריים רגילים.
השדה הענק יוכל להיות מוצב בחלל מעל כל מדינה שהיא, ולספק אנרגיה לאזורים שונים בעולם. השדה יכול להסיט את שידור גלי המיקרו למקומות שונים, ותוך שניות בודדות לספק את החשמל לארץ אחרת. בניגוד להפקת חשמל מהיתוך גרעיני, כאן "לא מדובר במדע חדש, אלא בבעיה הנדסית", לדברי ז'אן-דומיניק קוסטה (Coste), מנהל בחברת איירבוס (Airbus) שמעורב בפיתוח הטכנולוגיה. "עם זאת, זה מעולם לא נעשה בסקאלה גדולה".
היום עלות השיגור לחלל היא כעשירית מעלותו לפני כעשור, והיא צפויה להמשיך ולרדת בשנים הקרובות. בתרשים: עלויות השיגור לקילוגרם חומר לאורך השנים, והתחזיות האופטימיות של חברת ספייס אקס בנוגע לעלות הצפויה בשנת 2030 | מקור: Visual Capitalist
צניחה בעלויות השיגור
הרעיון להציב שדה סולרי בחלל אינו חדש. אייזק אסימוב (Asimov) כתב עליו בסיפור המדע הבדיוני "היגיון" (Reason) כבר ב-1941, ובשנת 1968 פטר גלזר (Glaser) גם תכנן שדה כזה – תכנון שנאס"א קיוותה לממש באותה תקופה, עידן של משבר אנרגיה ונחיתות על הירח. אך עלות השיגור האדירה של פרויקט בגודל כזה מנעה עד כה את קידום הרעיון. לפי דו"ח של נאס"א מתחילת 2024, שדה סולרי בחלל בהספק של כשני ג'יגה ואט, בדומה להספק של תחנת הכוח אורות רבין בחדרה, צפוי לכסות שטח של עשרה עד עשרים קילומטרים רבועים ולשקול עד עשרת אלפים טונות – יותר ממשקל 4,000 לווייני סטארלינק של חברת ספייס אקס גם יחד, או פי 14 ממשקל תחנת החלל הבינלאומית.
לפי נאס"א, יידרשו לפחות 2,300 שיגורים כדי להציב את שדה הענק במסלולו. 12 מכל 13 שיגורים לחלל ישמשו לתדלוק ולהעברת משקל ממסלולים נמוכים, בדומה לאלה של תחנת החלל הבינלאומית, אל מסלול גיאוסטציונרי. עלותו הכוללת של השדה הוערכה ב-280 מיליארד דולרים לפחות, ועלות השיגורים צפויה להיות כ-70 אחוזים מהסכום הזה. ביחס ליכולת ייצור החשמל שלו, עלות השדה גבוהה בהרבה מאלה של טכנולוגיות ייצור החשמל שמשמשות אותנו כיום.
עם זאת, הדו"ח מספק גם סיבה לאופטימיות. העלות אולי נשמעת אסטרונומית, אך עלויות השיגור לחלל התכווצו ביחס למצב בעבר. בשנים האחרונות פותחו משגרי לוויינים שאפשר להשתמש בחלקיהם יותר מפעם אחת, ביניהם משגר הלוויינים פלקון 9 של חברת ספייס אקס, שפותח בשנת 2010 ונחשב אבן דרך בהתפתחות הטכנולוגית, כיוון שהוא יכול להמריא ולנחות מספר פעמים. השימוש החוזר ברכיבים מאפשר להקטין את העלויות בהרבה, והן רק הולכות ומצטמצמות: נכון לעכשיו, שיגור קילוגרם אחד של חומר לחלל עולה קצת פחות מ-3,000 דולרים אמריקאיים; נאס"א העריכה שעד שנת 2050, עלות השיגור תהיה כאלף דולרים לקילוגרם; ואילו חברת ספייס אקס מציעה תחזית אופטימית בהרבה: בעזרת משגר סטארשיפ הענק שלה ושימוש חוזר בכל חלקי הלוויינים, עלות השיגורים שלהם עשויה לעמוד על כ-200 דולרים לקילוגרם בלבד. בנוסף, פיתוח טכנולוגיית הנעה חשמלית מבוססת-שמש ושימוש בה בחלל עשויים לאפשר שינוע של השדה הסולרי ממסלול נמוך ישירות אל מסלול גיאוסטציונרי, בלי צורך בשיגורים נוספים לתדלוק. התפתחות כזאת, אם היא תתרחש, תפחית דרמטית את עלות השיגור, ועשויה להפוך את הפרויקט כולו לכדאי כלכלית. בתרחיש אופטימי במיוחד, ייתכן שמחיר החשמל מהשדה בחלל יהיה דומה למחיר החשמל שמפיק שדה סולרי בכדור הארץ.
נוסף לעלויות השיגור הגבוהות, המגה-פרויקט הזה ידרוש פיתוחים טכנולוגיים מורכבים. למשל, רובוטים אוטונומיים משוכללים יצטרכו להקים, לשנע ולתחזק את השדה הסולרי כולו, ללא מגע יד אדם. מערכת השידור והקליטה של גלי המיקרו תצטרך להיות יעילה בהרבה מהמערכות ששימשו את הניסויים האחרונים, ויהיה עליה להעביר בהצלחה כמה שיותר אנרגיה אל שטח קטן בכדור הארץ.
הסרטון מציג את תוכנית SOLARIS של סוכנות החלל האירופית להקמת שדות סולריים בחלל:
הטנק שבחדר
הפיתוחים הטכנולוגיים עשויים לסייע לנו בצמצום משבר האקלים, אך נראה כי המרוץ לחשמל מהחלל מוּנע גם משיקולים ביטחוניים. לפי חיל האוויר האמריקאי למשל, הטכנולוגיה עשויה לספק אנרגיה לבסיסים צבאיים מרוחקים, גם מאחורי קווי האויב, וכך לא יהיה עוד צורך בשיירות אספקת דלק לבסיס, שנשקף להן סיכון רב. בסיס צבאי עשוי להסתפק בשדה סולרי קטן יחסית, ועבורו הטכנולוגיה כדאית גם במחיר גבוה. הטכנולוגיה עשויה גם להטעין מטוסים צבאיים תוך כדי טיסה, ולספק למטוסים בלתי מאוישים טווח טיסה אינסופי. "חשמל מהחלל" עשוי להיות מועיל גם עבור אזרחים באזורים מוכי אסון או מלחמה ובמקרים של פגיעה בתשתיות החשמל, בדומה לשימוש באינטרנט מבוסס-חלל בעת המלחמה באוקראינה.
הרעיון להפיק חלק מהחשמל שלנו בחלל נשמע אולי מנותק מהמציאות, אך חלק ניכר מהטכנולוגיה הדרושה לפרויקט כזה כבר קיימת. מדובר במבצע שלא נראה כדוגמתו בהיסטוריה האנושית, אך אם מחיר השיגור לחלל ימשיך לרדת ייתכן שבקרוב הוא יהיה אפשרי, לפחות לשימושים צבאיים. האם שדות סולריים בחלל יהיו מחזה שגרתי בעתיד הנראה לעין? ייתכן שהתשובה תתברר בשנים הקרובות. מה שבטוח הוא שבינתיים עלינו להמשיך את המעבר להפקת אנרגיה ממקורות מתחדשים כאן בכדור הארץ.
