انرژی فضاپیماها چگونه تامین می‌شود؟
فضاپیماها برای تامین انرژی ابزارهای‌شان و ارسال داده‌ها به زمین به یک منبع انرژی قابل اطمینان نیاز دارند. روش‌های مختلفی برای تامین انرژی در ماموریت‌های فضایی وجود دارد که با توجه به شرایط هر ماموریت حداقل از یکی از آن‌ها استفاده می‌شود.
مهندسان برای انتخاب مناسب‌ترین منبع انرژی برای یک فضاپیما عوامل مختلفی همچون مقصد، اهداف و مدت زمان ماموریت را در نظر می‌گیرند و از میان انرژی خورشیدی، باتری و اتم‌های ناپایدار حداقل یکی را انتخاب می‌کنند.
انرژی خورشیدی
منبع انرژی بسیاری از فضاپیماها انرژی خورشیدی است. این فضاپیماها با استفاده از پنل‌های خورشیدی انرژی خورشید را به برق تبدیل می‌کنند. با استفاده از همین روش باتری‌های فضاپیما نیز شارژ می‌شود تا در مواقعی که پنل‌های خورشیدی نمی‌توانند نور مستقیم خورشید را دریافت کنند انرژی مورد نیاز فضاپیما تامین شود.
خورشید منبع انرژی بسیاری از ماهواره‌هایی است که در مدار زمین قرار دارند. انرژی ایستگاه فضایی بین‌المللی هم از همین طریق تامین می‌شود. این روش گاهی در ماموریت‌های مریخ نیز استفاده می‌شود. به طور مثال مریخ‌نوردهای دوقلوی روح (Spirit) و فرصت (Opportunity) و سطح‌نشین‌های فونیکس (Phoenix) و اینسایت (InSight) برای تامین انرژی مورد نیازشان از پنل‌های خورشیدی استفاده کردند.
انرژی ایستگاه فضایی بین‌المللی از طریق پنل‌های خورشیدی تامین می‌شود.
Credits: NASA
اما استفاده از انرژی خورشیدی برای کاوشگرهایی که فاصله زیادی از خورشید می‌گیرند چالش‌ها و محدودیت‌هایی را به همراه دارد. در چنین شرایطی باید از پنل‌های خورشیدی بسیار بزرگی استفاده کرد که توانایی تولید برق مورد نیاز فضاپیما را داشته باشند. به طور مثال فضاپیمای جونو (Juno) که اکنون در مدار سیاره مشتری قرار دارد از سه آرایه خورشیدی استفاده می‌کند که طول هر کدام از آن‌ها ۹ متر است.
اما فاصله از خورشید تنها محدودیت استفاده از انرژی خورشیدی برای فضاپیماها نیست. آب و هوا و تغییر فصل در سیاره‌ی مقصد کاوشگرهایی را که از انرژی خورشیدی استفاده می‌کنند تحت تاثیر قرار می‌دهد. به طور مثال مریخ‌نورد فرصت پس از یک طوفان شن سراسری در مریخ که باعث کاهش شدید نور خورشید در سطح این سیاره و نشستن غبار روی پنل‌های خورشیدی این مریخ‌نورد شد نتوانست انرژی مورد نیاز خود را تامین کند و برای همیشه خاموش شد.
باتری
برخی از ماموریت‌های فضایی عمر کوتاهی دارند و استفاده از باتری برای تامین انرژی آن‌ها کافی است. به طور مثال کاوشگر هویگنس (Huygens) که بر سطح تایتان، بزرگ‌ترین قمر زحل فرود آمد، قرار بود تنها چند ساعت فعالیت کند. بنابراین استفاده از یک باتری برای تامین انرژی این فضاپیما کافی بود.
علاوه بر این در فضاپیماهایی که از انرژی خورشیدی یا انرژی هسته‌ای استفاده می‌کنند برای ذخیره انرژی از باتری‌های قابل شارژ استفاده می‌شود.
اتم‌های ناپایدار
استفاده از اتم‌های ناپایدار و انرژی گرمایی حاصل از واپاشی آن‌ها یکی از بهترین روش‌ها برای تامین انرژی فضاپیماهایی است که طول عمر زیادی دارند و به نقاط دوردست سفر می‌کنند. اتم‌های ناپایدار می‌توانند انرژی فضاپیما را برای مدتی بسیار طولانی و آن هم در شرایط خاص فضا تامین کنند. در این روش انرژی گرمایی حاصل از واپاشی مواد رادیواکتیو به انرژی الکتریکی تبدیل می‌شود.
ناسا در ماموریت‌های زیادی از این روش برای تامین انرژی فضاپیماهای خود استفاده کرده است. فضاپیماهای دوقلوی ویجر (Voyager) که اکنون در مرزهای منظومه شمسی قرار دارند و به سمت فضای میان‌ستاره‌ای در حال حرکتند همچنان و پس از چهل سال داده‌های جمع‌آوری‌شده را با کمک انرژی حاصل از واپاشی اتم‌های ناپایدار به زمین ارسال می‌کنند. مریخ‌نورد کنجکاوی (Curiosity) نیز از همین روش برای تامین انرژی خود استفاده می‌کند.
فضاپیماهای دوقلوی ویجر که اکنون در فضای میان‌ستاره‌ای قرار دارند از انرژی حاصل از واپاشی اتم‌های ناپایدار استفاده می‌کنند.
Credits: NASA/JPL-CALTECH
شرایط خاص و متفاوت فضا نسبت به زمین چالش‌ها و محدودیت‌های فراوانی را پیش روی مهندسان و طراحان ماموریت‌های فضایی قرار می‌دهد. طراحی سیستم‌های تامین انرژی برای فضاپیماها نیز از این قاعده مستثنی نیست. مهندسان و طراحان ماموریت‌های فضایی اما تلاش می‌کنند تا با توسعه فناوری‌های جدید تا حد امکان شرایط بهتری را برای انجام ماموریت‌های فضایی و کاوش فضا فراهم کنند. فناوری‌هایی که برخی از آن‌ها به مرور و در آینده به زندگی روزمره مردم هم راه پیدا می‌کنند.
