ليزر يعمل بالطاقة الشمسية قد يكون مفتاحا للسفر إلى المريخ

أعلن العلماء أن الليزر الذي يستفيد من قدرة البكتيريا على تحويل ضوء الشمس إلى طاقة قد يكون مصدراً للطاقة في مهمات السفر إلى المريخ ومصدراً للطاقة النظيفة على الأرض.

وتستفيد هذه التكنولوجيا من الطريقة التي تحول بها النباتات والبكتيريا الضوء إلى طاقة كيميائية عبر عملية التمثيل الضوئي.

الهدف من ذلك هو استهداف هوائيات حصاد الضوء في بعض أنواع البكتيريا "لتضخيم" استخراج الطاقة الشمسية وتحويلها إلى أشعة ليزر يمكنها نقل تلك الطاقة عبر الفضاء.

ويأمل العلماء أن يسمح استخدام المواد العضوية بدلاً من المكونات الصناعية "القابلة للتلف" بإعادة إنتاج الليزر في الفضاء، مما يضمن استمراره في العمل دون الحاجة لإرسال قطع غيار من الأرض.

هذه العملية تعتمد على طرق طبيعية دون الحاجة لأي أجزاء إلكترونية، على عكس الألواح الشمسية التقليدية التي تحول ضوء الشمس إلى كهرباء باستخدام المكونات الإلكترونية.

ويهدف المشروع، المسمى "أباتشي" APACE، في البداية إلى تطوير التكنولوجيا في المختبرات، قبل اختبارها وتحسينها لتلائم الاستخدام في الفضاء.

وفي حال نجح المشروع، يظن الباحثون أنه بإمكان وكالات الفضاء العالمية أن تستخدمه لتوفير الطاقة لمهام استكشاف الفضاء، مثل إقامة قواعد على القمر أو الرحلات إلى المريخ، فضلاً عن توفير وسيلة جديدة لنقل الطاقة النظيفة واللاسلكية على الأرض.

وقال البروفيسور إيريك غوجر من "معهد الفوتونيكس وعلوم الكم" Institute of Photonics and Quantum Sciences في جامعة "هيريوت وات" Heriot-Watt، إن "هذه التكنولوجيا قد تكون اختراقاً علمياً كبيراً في مجال طاقة الفضاء"، مضيفاً "توليد الطاقة المستدامة في الفضاء، دون الاعتماد على مكونات قابلة للتلف يتم إرسالها من الأرض، يعد تحدياً كبيراً. ومع ذلك، تعتبر الكائنات الحية قادرة في الاعتماد على نفسها واستخدام التجميع الذاتي بطرق فعالة".

واستطرد، "مشروعنا لا يستلهم الطبيعة فحسب، بل يتعدى ذلك بالاستفادة من الوظائف الموجودة في آلية التمثيل الضوئي للبكتيريا لتحقيق تقدم ملحوظ في مجال الطاقة الفضائية، ويهدف إلى تطوير نوع جديد من الليزر يعمل بالطاقة الشمسية".

وتابع، "عادة ما يكون ضوء الشمس العادي ضعيفاً ليكون قادراً على تشغيل الليزر مباشرة، لكن هذه البكتيريا المميزة تتمتع بقدرة عالية على جمع ضوء الشمس وتوجيهه عبر هياكلها المتقنة، مما يسمح بتضخيم الطاقة وتحويلها بشكل فعال إلى مركز التفاعل".

وأكمل، "سيعتمد مشروعنا على هذا التضخيم العالي لتحويل ضوء الشمس إلى شعاع ليزر دون الحاجة للمكونات الكهربائية"، موضحاً "لقد ثبت بالفعل إمكانية زراعة البكتيريا في الفضاء من خلال الدراسات التي أُجريت على محطة الفضاء الدولية، فبعض أنواع البكتيريا القوية استطاعت البقاء على قيد الحياة حتى بعد التعرض للفضاء المفتوح".

وأضاف، "إذا تمكنا من تطوير تقنيتنا الجديدة واستخدامها على محطات الفضاء، فقد تساعد في توليد الطاقة محلياً، وقد توفر أيضاً سبلاً لإرسال الطاقة إلى الأقمار الصناعية أو حتى إلى الأرض عبر أشعة الليزر تحت الحمراء"، لافتاً إلى أن "هذه التكنولوجيا لديها القدرة على تغيير طريقة توفير الطاقة في العمليات الفضائية، مما يجعل الاستكشاف أكثر استدامة ويسهم في تطوير تقنيات الطاقة النظيفة على الأرض".

وأوضح في النهاية أن "جميع وكالات الفضاء الكبرى تخطط لمهام إلى القمر أو المريخ، ونحن نأمل أن نسهم في توفير الطاقة لهذه البعثات".

سيبدأ فريق البحث باستخلاص ودراسة آليات جمع الضوء من أنواع البكتيريا التي تطورت للبقاء في ظروف بيئية ذات إضاءة منخفضة.

كما تتمتع هذه البكتيريا بهياكل جزيئية متخصصة لالتقاط الضوء، مما يمكنها من امتصاص وتوجيه كل فوتون ضوء يصل إليها، ليجعلها من أكثر الكائنات كفاءة في جمع الطاقة الشمسية في الطبيعة.

وسيطور الباحثون أيضاً نسخاً صناعية لهذه الهياكل ومواد ليزر جديدة قادرة على التفاعل مع كل من أنظمة جمع الضوء الطبيعية والصناعية.

بعد ذلك يخطط الباحثون لدمج هذه المكونات في مادة ليزر جديدة واختبارها في أنظمة بأحجام تدريجية أكبر.

من المتوقع أن يكون النموذج الأولي للتكنولوجيا الجديدة جاهزاً للاختبار في غضون ثلاث سنوات.