أسباب رئيسية ومقترحات إصلاح أداء البطاريات في الفضاء

الكلمة المفتاحية: بطاريات الفضاء

بطاريات الفضاء تشكل تحديًا رئيسيًا في مشاريع إقامة قواعد دائمة على سطح القمر وتنفيذ بعثات مأهولة إلى المريخ، حيث تواجه هذه البطاريات بيئة فضائية قاسية تختلف جذريًا عن الأرض؛ ما يتطلب تطوير مصادر طاقة تتحمل ظروفًا من حرارة متطرفة وإشعاعات عالية وجاذبية منخفضة، لضمان استمرارية العمل في الفضاء.

تغيّر دور بطاريات الفضاء من الرحلات المؤقتة إلى القواعد الدائمة

مع انتقال وكالات الفضاء الدولية نحو إقامة محطات مأهولة دائمًا على القمر، وِيعمل برنامج ناسا أرتيميس على ذلك بحلول عام 2030، بينما تساهم الصين وشركاؤها في بناء محطة بحثية قمرية قبل منتصف العقد المقبل، تزداد الحاجة إلى بطاريات الفضاء التي تدعم هذه الاستمرارية. يؤكد حمّاد نذير، محاضر في الهندسة، أن نجاح هذه المشروعات يعتمد على تطوير بطاريات قادرة على التكيف مع الظروف غير المألوفة في الكواكب الأخرى.

ظروف بيئية تصعب أداء بطاريات الفضاء

تعمل بطاريات الأرض في نطاق بيئي مستقر نسبيًا، لكن في الفضاء تصبح الظروف معاكسة تمامًا، حيث تتعرض لدرجات حرارة تتراوح بين -150 درجة مئوية في الليل إلى +150 مئوية تحت أشعة الشمس المباشرة، بالإضافة إلى غياب الغلاف الجوي مما يمنع تبديد الحرارة، ونسبة إشعاعات عالية تؤدي إلى تآكل مكونات البطارية، إضافة إلى تأثير جاذبية ضعيفة تغير من تفاعلاتها الداخلية؛ ما يوضح أسباب فشل كثير من البطاريات التقليدية.

محدودية استخدام بطاريات الليثيوم في الفضاء

لا تصلح بطاريات الليثيوم-أيون التقليدية للفضاء بسبب حساسية مكوناتها للظروف المتطرفة، لذلك تعتمد البعثات الفضائية حاليًا على نسخ معدلة تحاكي هذه الظروف، مثل بطاريات المسبار Perseverance التي تتحمل البرودة والغبار، أو تلك المستخدمة في محطة الفضاء الدولية التي صممت لتحمل التغيرات الحرارية وتدوم لفترات أطول، مما يبرز الحاجة إلى تطوير بطاريات الفضاء الخاصة بكل مهمة.

خطوات تطوير بطاريات الفضاء تحت الظروف الصعبة

• محاكاة درجات الحرارة المتغيرة داخل البيئات المختبرية.
• تقييم تأثير الإشعاعات الكونية على تآكل الأقطاب والمواد.
• اختبار أداء البطاريات تحت جاذبية منخفضة ونقل الحرارة المحدود.
• تطوير تصميمات جديدة تتحمل الإجهادات الحرارية المتكررة.
• ضمان استقرار البطارية طويل الأمد وكفاءة الأمان للحفاظ على سلامة الطاقم.

أنظمة الطاقة المستقبلية تعتمد على مبدأ الوظائف المتعددة لتقليل الوزن وتحسين الكفاءة، إذ تدمج أجهزة كهروكيميائية تؤدي مهامًا مختلفة مثل تخزين الطاقة وإنتاج بيروكسيد الهيدروجين لتنقية المياه وتجديد الهواء، وهو أمر حيوي في المهمات التي تتطلب دقة بالغة في تحديد الوزن.

استخدام بطاريات الفضاء المتطورة ضروري لمواجهة التحديات البيئية للفضاء وتحقيق الاستدامة في البعثات القادمة دون توقف.