ساخت پنل خورشیدی از خاک ماه؛ راهکار پایدار برای تأمین انرژی پایگاه‌های قمری

پایگاه‌های آینده در ماه می‌توانند با بهره‌گیری از سلول‌های خورشیدی که در محل و از ذرات گرد و غبار قمری ذوب‌شده ساخته می‌شوند، انرژی خود را تأمین کنند.

ساخت تجهیزات در ماه با استفاده از مواد موجود در آن، به مراتب عملی‌تر از ارسال آن‌ها از زمین خواهد بود. «فلیکس لنگ»، محقق دانشگاه «پوتسدام» در آلمان زمانی که با این ایده مواجه شد، بدین نتیجه رسید که باید به سرعت دست به کار شود. او می‌گوید: «این‌جا بود که تصمیم گرفتیم فوراً یک سلول خورشیدی مشابه بسازیم.»

دو سال بعد، تیم لنگ موفق به ساخت و آزمایش چندین سلول خورشیدی شد که گرد و غبار قمری به عنوان یکی از اجزای اصلی آنها به کار رفته است. یکی از عناصر کلیدی دیگر این پروژه، کریستالی به نام «پروسکایت هالید» است که شامل عناصری مانند سرب، برم و ید به همراه مولکول‌های بلند کربن، هیدروژن و نیتروژن می‌شود.

تیم لنگ نسخه‌ای مصنوعی از رگولیت قمری (لایه‌ای از سنگ‌ها و گرد و غبار ریز که سطح ماه را پوشانده است) را ذوب و به «شیشه‌ماه» تبدیل کرد. محققان سپس این شیشه‌ماه را با کریستال‌ها ترکیب کردند تا یک سلول خورشیدی کامل بسازند. آنها رگولیت را تصفیه نکردند، بنابراین شیشه‌ماه شفافیت کمتری نسبت به مواد معمول در سلول‌های خورشیدی دارد.

لنگ اشاره می‌کند که بهترین طرح‌های تیم به حدود ۱۲ درصد کارایی دست یافته‌اند، درحالی‌که سلول‌های خورشیدی پروسکایت معمولاً به کارایی نزدیک به ۲۶ درصد می‌رسند. بااین‌حال، لنگ می‌گوید شبیه‌سازی‌های کامپیوتری نشان می‌دهند که تیم او می‌تواند در آینده به این رقم نزدیک شود.

به طور کلی، محققان بر این باورند که سلول‌های خورشیدی پروسکایت هم در فضا و هم روی زمین عملکرد بهتری نسبت به دستگاه‌های سنتی مبتنی بر سیلیکون خواهند داشت. از منظر قمری، استفاده از مواد پروسکایت بسیار جذاب است؛ زیرا امکان ساخت آنها به صورت نازک وجود دارد که وزن موادی را که باید به ماه ارسال شوند کاهش می‌دهد. طبق برآوردهای تیم، یک سلول خورشیدی با مساحت ۴۰۰ متر مربع تنها به حدود یک کیلوگرم پروسکایت نیاز دارد.

بی‌نیازی به تصفیه رگولیت اهمیت زیادی دارد؛ زیرا بدین معنی است که وجود رآکتورهای خاص لازم نیست. لنگ توضیح می‌دهد که با استفاده از یک آینه بزرگ منحنی و تابش خورشید، می‌توان پرتو نوری تولید کرد که دمای کافی برای ذوب رگولیت و تولید شیشه‌ماه را فراهم می‌آورد. یکی از همکاران او این روش را در آزمایشگاهی در دانشگاهشان آزمایش کرده و موفق به مشاهده نشانه‌هایی از ذوب رگولیت شده است.

«نیکلاس بنت»، پژوهشگر دانشگاه «فناوری سیدنی»، می‌گوید در گذشته مطالعاتی برای تبدیل رگولیت قمری به شیشه شفاف انجام شده بود؛ اما این اولین بار است که نشان داده می‌شود یک سلول خورشیدی می‌تواند با شیشه‌ماه که نیاز به پردازش کمتری دارد، کار کند. او تأکید می‌کند که چالش اصلی در حال حاضر تولید مقادیر زیادی شیشه‌ماه خارج از محیط آزمایشگاهی است. اگر این هدف محقق شود، فناوری ذوب می‌تواند به ساخت اقلام دیگری که یک پایگاه قمری به آن‌ها نیاز دارد، مانند کاشی‌ها، کمک کند.

«مایکل دوک» از موسسه قمری و سیاره‌ای اشاره می‌کند که تولید سلول‌های خورشیدی مبتنی بر شیشه‌ماه نیازمند پیشرفت‌های چشمگیر در فناوری است؛ از جمله حفاری رگولیت و اتصال سلول‌های منفرد به آرایه‌های بزرگ. بااین‌حال، اگر روزی کارخانه‌ای برای تولید سلول‌های خورشیدی در ماه تأسیس شود، می‌تواند تأثیرات مثبتی داشته باشد. او توضیح می‌دهد که در آینده، سیستم‌های فضایی مانند ماهواره‌ها می‌توانند از سلول‌های خورشیدی تولیدشده در ماه بهره‌برداری کنند؛ چرا که ارسال محموله‌ها از ماه به انرژی کمتر نیاز دارد.

لنگ و همکارانش در حال حاضر روی افزایش کارایی سلول‌های خورشیدی خود کار می‌کنند. آن‌ها در تلاش هستند تا دریابند آیا می‌توانند با استفاده از آهن‌رباها، آهن را قبل از ذوب رگولیت از آن جدا کنند تا کیفیت شیشه‌ماه تولیدی را بهبود بخشند یا خیر.

در نهایت، محققان قصد دارند فرآیند تولید سلول خورشیدی در محل را به سایر مناطق غبارآلود فضا گسترش دهند. لنگ می‌گوید: «ما اکنون به این فکر می‌کنیم که آیا می‌توانیم همین روش را با رگولیت مریخ نیز به کار بگیریم؟»