با گسترش برنامه‌های شرکت‌های بزرگی همچون گوگل و اسپیس‌اکس برای ایجاد دیتاسنترهای مداری، چالش تأمین انرژی پایدار در خلأ فضا بیش از هر زمان دیگری خودنمایی می‌کند. در پاییز ۱۴۰۳، استارتاپ Star Catcher گامی بلند به سوی حل این معما برداشته است؛ این شرکت قصد دارد با استفاده از سیستم‌های متمرکزکننده نور خورشید و پرتوهای لیزر، انرژی را به صورت بی‌سیم به ماهواره‌ها منتقل کند. این آزمایش پیشگامانه، نخستین عملیات انتقال انرژی بین دو شیء غیرمتصل در فضا محسوب می‌شود.
گذار از سفرهای کمپینگ فضایی به شبکه انرژی پایدار
اندرو راش، مدیرعامل و هم‌بنیان‌گذار Star Catcher، وضعیت فعلی تأمین انرژی در مدار زمین را به «سفرهای کمپینگ» تشبیه می‌کند؛ جایی که هر ماهواره یا دیتاسنتر فضایی به باتری‌های محدود خود متکی است. برخلاف زمین که دارای شبکه سراسری برق است، در فضا چنین زیرساختی وجود ندارد. راه‌حل این استارتاپ، ایجاد «گره‌های قدرت» (Power Nodes) است؛ آرایه‌ای از ماهواره‌ها که با استفاده از عدسی‌های پیشرفته، نور خورشید را متمرکز کرده و آن را به طول‌موج‌های خاصی تبدیل می‌کنند که توان تولیدی آن‌ها تا ۱۰ برابر بیشتر از تابش مستقیم و پراکنده خورشید است.
معماری فنی و فناوری انتقال پرتو
سیستم طراحی‌شده توسط Star Catcher مانند یک «کابل انتقال اتری» عمل می‌کند. این فناوری با تبدیل انرژی خورشیدی به پرتوهای لیزر متمرکز، می‌تواند به دقت به سمت ماهواره‌های مقصد نشانه رود. این روش برخلاف انتقال انرژی با مایکروویو که نیازمند گیرنده‌های عظیم‌الجثه است، به دلیل تمرکز بالای پرتو لیزر، می‌تواند به اهداف بسیار کوچک‌تر نیز انرژی برساند. این امر به اپراتورهای ماهواره‌ای اجازه می‌دهد تا به جای حمل باتری‌های سنگین، ظرفیت بیشتری را به تجهیزات مفید مانند GPUها برای پردازش داده‌ها اختصاص دهند.
مشخصات فنی و تحلیل عملیاتی
- هدف: تأمین انرژی پایدار برای دیتاسنترهای فضایی و ماهواره‌های مخابراتی.
- مکانیزم: متمرکزسازی نور خورشید توسط عدسی‌ها و تابش لیزر به سمت پنل‌های خورشیدی مقصد.
- مزیت رقابتی: حذف نیاز به باتری‌های حجیم و افزایش بازدهی تجهیزات محاسباتی در مدار.
- تست میدانی: انتقال ۱ کیلووات انرژی در آزمایش‌های زمینی (بیشتر از رکورد قبلی DARPA).
- وضعیت توسعه: اجرای نسخه اولیه (Protostar) جهت تست ردیابی و انتقال انرژی در مدار.
چالش‌های پیش رو و مقایسه با آزمایش‌های پیشین
تلاش‌های پیشین در این حوزه، از جمله آزمایش سال ۲۰۲۳ آزمایشگاه تحقیقات نیروی دریایی آمریکا، تنها به انتقال انرژی در فاصله کمتر از ۱.۵ متر با بازدهی ۱۱ درصد محدود بود. چالش‌های اصلی که هانیه فتاحی از مؤسسه ماکس پلانک به آن اشاره می‌کند، شامل سیستم‌های ردیابی دقیق (Tracking Systems)، مدیریت حرارتی در خلأ سرد فضا و پایداری بلندمدت تجهیزات در محیط خشن مداری است. با این حال، موفقیت Star Catcher در جذب ۶۵ میلیون دلار سرمایه و ۳۰ میلیون دلار قرارداد از نیروی فضایی ایالات متحده، نشان‌دهنده اعتماد بازار به این تکنولوژی تحول‌آفرین است.
نتیجه‌گیری: آینده زیرساخت‌های مدار زمین
آزمایش Protostar که در حال حاضر توسط یک راکت اسپیس‌اکس به فضا ارسال شده، تنها آغاز راه است. اگر این تکنولوژی بتواند در شرایط عملیاتی مدار زمین اثبات شود، می‌تواند همان نقشی را در توسعه صنایع فضایی ایفا کند که موشک‌های چندبارمصرف در کاهش هزینه‌های پرتاب داشتند. ما در ابتدای مسیر گذار از «خزش» به «راه رفتن» در توسعه زیرساخت‌های زیربنایی انرژی در فضا هستیم.
