أجهزة تحليق تعمل بالطاقة الشمسية يمكنها استكشاف حافة الفضاء
تفتح أجهزة التحليق التي تعمل بالطاقة الشمسية آفاقًا جديدة لاستكشاف الميزوسفير، وهي طبقة الغلاف الجوي الواقعة بين 50 و100 كم فوق سطح الأرض. طور فريق من جامعة هارفارد بقيادة الفيزيائي بن شيفر رقاقة خفيفة للغاية ترتفع باستخدام حرارة الشمس فقط. يمكن أن تمهد هذه الاختراقات الطريق لأسراب من المنصات الطائرة الصغيرة التي لا تحتاج إلى طاقة لدراسة الظروف الجوية وحتى الكواكب الأخرى.
الاستفادة من ظاهرة فيزيائية من القرن التاسع عشر
يعتمد مفهوم الفريق على مقياس إشعاع كروكس، وهو جهاز كلاسيكي من القرن التاسع عشر يدور تحت الضوء في غرفة منخفضة الضغط. استخدمت مجموعة شيفر تقنية التصنيع النانوي لإنشاء رقاقة من أكسيد الألومنيوم ذات طبقتين، أرق بحوالي 1000 مرة من شعرة الإنسان. تسمح الطبقة العلوية الشفافة بمرور ضوء الشمس، بينما تمتص الطبقة السفلية المطلية بالكروم الحرارة.
تكتسب جزيئات الغاز التي تصطدم بالجانب السفلي المسخن زخمًا إضافيًا وتدفع الرقاقة للأعلى. يحدث هذا الرفع بشكل طبيعي في ظروف الميزوسفير، دون أي أجزاء متحركة.
تصميم مثقب لرفع أفضل
يسمح التصميم المثقب للرقاقة لجزيئات الغاز بالتحرك بين الطبقات، مما يولد تأثيرًا يشبه الدوار. هذا النهج أبسط وأكثر كفاءة من تصميمات الأنابيب المجوفة السابقة. في الاختبار، تطلب جهاز شيفر طاقة أقل بنسبة 45% مما توفره الشمس في الميزوسفير، متفوقًا على المحاولات السابقة.
إمكانات استكشاف الميزوسفير والكواكب
غالبًا ما يطلق على الميزوسفير اسم ””الغلاف المجهول”“ لأنها مرتفعة جدًا بالنسبة للطائرات والبالونات، ومنخفضة جدًا بالنسبة للأقمار الصناعية. يمكن لأجهزة التحليق التي تعمل بالطاقة الشمسية مراقبة هذه المنطقة باستمرار، وجمع بيانات قيمة عن المناخ والطقس. كما يمكنها العمل في الغلاف الجوي للمريخ، حيث يمكن الاستفادة من الرفع المدفوع بضوء الشمس.
التوسع للاستخدام العملي
صمم فريق شيفر طبقًا بقطر ستة سنتيمترات يمكنه الطيران على ارتفاع 75 كم بحمولة 10 ملغ، وهي كافية لحمل إلكترونيات دقيقة للاستشعار والاتصال. يمكن أن تبقى في الجو إلى أجل غير مسمى في الصيف في خطوط العرض العالية أو خلال النهار بالقرب من خط الاستواء. تهدف شركة شيفر الناشئة، Rarefied Technologies، إلى تسويق هذا المفهوم لمراقبة الطقس على ارتفاعات عالية.
يستكشف باحثون آخرون مفاهيم أكبر لـ ””بالونات نفاثة”“ يصل عرضها إلى 10 أمتار، والتي يمكن أن تحمل 1 كجم على ارتفاع 80 كم. وبينما لا تزال هناك تحديات، تجعل هذه التطورات الطيران الجوي في الميزوسفير أكثر واقعية من أي وقت مضى.
