طرحی مفهومی برای تأمین طولانی مدت برق کاوشگرهای سطح زهره با انرژی خورشیدی
پژوهشگران آزمایشگاه پیشرانش جت (Jet Propulsion Laboratory) طرحی مفهومی برای تأمین طولانی مدت برق کاوشگرهایی که روی سطح سیاره زهره فعالیت میکنند با استفاده از انرژی خورشیدی به سازمان ناسا (NASA) ارائه کردهاند. تأمین برق موردنیاز کاوشگرها در سطح زهره با آرایههای خورشیدی به دلیل جو غلیظ این سیاره که پوشیده از ابر است امکانپذیر نیست. به همین دلیل پژوهشگران آزمایشگاه پیشرانش جت پیشنهاد استفاده از معماری دوقسمتی را برای تأمین انرژی کاوشگرها در سطح زهره دادهاند. در این طرح مفهومی ابزار تأمین انرژی کاوشگر در لایههای بالایی جو و جایی که تابش خورشید برای تولید برق از صفحههای خورشیدی کافی است قرار دارد. این قسمت تأمینکننده برق قابلیت انتقال انرژی الکتریکی به صورت بیسیم را به کاوشگر در سطح زهره دارد.
انتقال بیسیم انرژی الکتریکی روشی است که در آن انرژی برق با امواج الکترومغناطیسی از محیطهای مختلفی مانند خلأ، هوا یا آب عبور داده میشود. بسته به نوع محیط باید طول موج مناسب برای انتقال انرژی انتخاب شود. به دلیل وجود دیاکسید کربن فراوان و همچنین ابرهای بسیار در جو سیاره زهره انتقال بیسیم انرژی الکتریکی باید در طول موجی رادیویی یا ریزموج انجام شود و امکان استفاده از امواج نوری/لیزری وجود ندارد. بخش تأمین برق در این طرح مفهومی قابلیت کاهش و افزایش ارتفاع (برای مثال با استفاده از بالون) در جو سیاره را دارد و به باتریهایی برای ذخیره انرژی الکتریکی مجهز است. این بخش ابتدا در ارتفاعهای بالایی جو که برای تولید انرژی الکتریکی با صفحههای خورشیدی مناسب است قرار میگیرد و باتریهایش را شارژ میکند. سپس به ارتفاع پایین میرود و انرژی ذخیرهشده در باتریها را به روش بیسیم به کاوشگر منتقل میکند و این روند دوباره تکرار میشود.
به دلیل دمای بسیار بالای جو و سطح سیاره زهره، باتریهای مناسب برای کار در دمای بالا باید در کاوشگر روی سطح و همچنین بخش تولید برق خورشیدی در جو به کار رود. باتریهای نمکهای مذاب یا الکترولیت جامد و یا حتی سامانههای پیل سوختی اکسید جامد را میتوان برای ذخیره انرژی در شرایط دمای بالای سیاره زهره به کار برد.
در این طرح مفهومی قرار است کاوشگر سطح، بخش تأمین توان در جو، سامانه انتقال بیسیم انرژی الکتریکی طراحی و نیز ارتفاع مناسب برای عملکرد بخش تأمین انرژی در جو زهره انتخاب شود. این انتخاب با بهینه کردن بازدهی انتقال انرژی به کاوشگر سطحی و همچنین اجتناب از قرار گرفتن در دماهای بالای نزدیک به سطح انجام میشود. تأمین برق با تابش خورشید تا ارتفاع ۲۰ کیلومتری از سطح زهره امکانپذیر است.
این طرح مفهومی در برنامه مفاهیم نوآورانه پیشرفته ناسا (NASA Innovative Advanced Concepts بهاختصار NIAC) در سال ۲۰۱۹ انتخاب شده و فاز نخست بررسیهای آن مورد حمایت مالی قرار گرفته است. برنامه مفاهیم نوآورانه پیشرفته ناسا ایدههایی را که با ارائه مفاهیم کاملا جدید دیدگاههای نوینی برای مأموریتهای آینده ناسا فراهم میکنند پرورش میدهد. سالیانه چندین طرح ارائهشده به این برنامه برگزیده میشوند و حمایتهایی به آنها تعلق میگیرد. حمایت مالی برای فاز نخست طرحها ۱۲۵ هزار دلار و مدت اجرای آنها ۹ ماه است. طرحها پس از پایان فاز نخست میتوانند برای دریافت حمایت در فاز دوم نیز درخواست کنند که ناسا آن را بررسی خواهد کرد.