هل تؤثر الأشعة الفضائية على الأقمار الصناعية؟

في ورقة بحثية نُشرت في يناير 2024، أظهر فريقي من الباحثين في مجال المواد أن مادة أشباه الموصلات من الجيل التالي والتي تسمى هاليد البيروفسكايت المعدني يمكنها في الواقع التعافي وعلاج نفسها من أضرار الإشعاع.

تعد بيروفسكايتات الهاليد المعدنية فئة من المواد التي تم اكتشافها في عام 1839 والتي توجد بكثرة في قشرة الأرض. تمتص هذه المواد ضوء الشمس وتحوله بكفاءة إلى كهرباء، مما يجعلها مناسبة بشكل محتمل للألواح الشمسية الفضائية التي يمكن أن تزود الأقمار الصناعية أو الموائل الفضائية بالطاقة في المستقبل.

يقوم الباحثون بتحويل البيروفسكايت إلى أحبار، ثم يقومون بطلاء الأحبار على صفائح زجاجية أو بلاستيكية، مما يؤدي إلى إنشاء أجهزة رقيقة تشبه الفيلم، خفيفة الوزن ومرنة.

ومن المثير للدهشة أن أداء هذه الخلايا الشمسية ذات الأغشية الرقيقة يعادل أداء الخلايا الشمسية السيليكونية التقليدية في التجارب المعملية، على الرغم من أنها أرق بنحو 100 مرة من الخلايا الشمسية التقليدية.

لكن هذه الأغشية يمكن أن تتدهور إذا تعرضت للرطوبة أو الأكسجين، ويعمل الباحثون والصناعة حاليًا على معالجة مخاوف الاستقرار هذه فيما يتعلق بالنشر الأرضي.

لاختبار مدى قدرتها على البقاء على قيد الحياة في الفضاء، قام فريقي بتطوير تجربة إشعاعية. قمنا بتعريض الخلايا الشمسية المصنوعة من البيروفسكايت لبروتونات عند طاقات منخفضة وعالية ووجدنا خاصية جديدة فريدة من نوعها.

وقد قامت البروتونات عالية الطاقة بإصلاح الضرر الذي أحدثته البروتونات منخفضة الطاقة، مما سمح للجهاز بالتعافي ومواصلة العمل. ولا تظهر أشباه الموصلات التقليدية المستخدمة في الإلكترونيات الفضائية هذا النوع من الشفاء.

لقد فوجئ فريقي بهذا الاكتشاف: كيف يمكن لمادة تتحلل عند تعرضها للأكسجين والرطوبة أن تتحمل الإشعاعات القاسية في الفضاء، وأن تشفي نفسها أيضًا في بيئة تدمر أشباه الموصلات السيليكونية التقليدية؟ لقد بدأ هذا البحث في كشف اللغز.

ويتوقع العلماء أن عدد الأقمار الصناعية التي يتم إطلاقها في مدار منخفض حول الأرض سيزداد بشكل كبير خلال السنوات العشر المقبلة، وتهدف وكالات الفضاء مثل ناسا إلى إنشاء قواعد على القمر.

إن المواد التي يمكنها تحمل الإشعاع المكثف والشفاء الذاتي من شأنها أن تغير قواعد اللعبة.

ويقدر الباحثون أن نشر بضعة أرطال فقط من مادة البيروفسكايت في الفضاء قد يولّد ما يصل إلى 10 ملايين واط من الطاقة. وتبلغ تكلفة إطلاق هذه المادة إلى الفضاء حالياً نحو 4000 دولار للكيلوغرام (1818 دولاراً للرطل)، لذا فإن المواد الفعالة تشكل أهمية بالغة.

تسلط نتائجنا الضوء على جانب رائع من جوانب البيروفسكايت: قدرته على تحمل التلف والعيوب. تعد بلورات البيروفسكايت نوعًا من المواد اللينة، مما يعني أن ذراتها يمكن أن تنتقل إلى حالات مختلفة يطلق عليها العلماء الأوضاع الاهتزازية.