सौर प्रौद्योगिकी में प्रगति से अंतरिक्ष-आधारित समाधान संभव हो रहे हैं

काफी समय से, अंतरिक्ष-आधारित सौर ऊर्जा को पकड़ने और उपयोग करने के तरीकों पर व्यापक शोध चल रहा है। वैज्ञानिक और प्रौद्योगिकी विशेषज्ञ मानते हैं कि अंतरिक्ष-आधारित सौर ऊर्जा उपलब्ध सतत ऊर्जा स्रोतों के सेट में एक कुशल जोड़ हो सकती है। 

कार्यात्मक रूप से, यह सेट‑अप कक्षा स्तर पर ऊर्जा संग्रह और हार्वेस्टिंग पैनल रखेगा, जो ग्रह पृथ्वी पर स्थित उनके प्राप्तकर्ता समकक्षों को सौर ऊर्जा वापस बीम करेगा। और क्योंकि इसमें अंतरिक्ष, पृथ्वी ग्रह, और इन दो बिंदुओं के बीच संचार मार्ग शामिल है, इसे उन्नत प्रौद्योगिकी समाधान से निर्मित होना चाहिए। 

आशाजनक रूप से, विश्व भर में सौर प्रौद्योगिकी में हासिल किए गए प्रगति ने अंतरिक्ष-आधारित सौर ऊर्जा को संभव बना दिया है। लेकिन हम इसमें गहराई से जाने से पहले, चलिए जल्दी से देखते हैं कि अंतरिक्ष-आधारित सौर ऊर्जा समाधान क्या हैं और उनके लाभ क्या हैं। 

अंतरिक्ष-आधारित सौर ऊर्जा और इसके लाभ

संयुक्त राज्य ऊर्जा विभाग द्वारा प्रस्तुत डेटा के अनुसार, पृथ्वी पर हर घंटे हम वह सौर ऊर्जा प्राप्त करते हैं जो हम एक वर्ष में उपयोग कर सकते हैं। लगभग 30% यह ऊर्जा वायुमंडल द्वारा अंतरिक्ष में वापस भेजी जाती है। यदि हम मजबूत अंतरिक्ष-आधारित सौर ऊर्जा तंत्र स्थापित करें तो इस ऊर्जा को कुशलतापूर्वक पकड़ कर उपयोग किया जा सकता है। 

इस प्रणाली में, उपग्रह-आधारित सौर पैनल सतह पर स्थापित सौर पैनलों की तुलना में अधिक ऊर्जा पकड़ और प्रसारित कर सकते हैं। वे बेहतर प्रदर्शन करते हैं क्योंकि वे अंतरिक्ष में होने के लाभों का उपयोग करते हैं। ऊर्जा विभाग के विवरण के अनुसार, ये :

“सौर पैनल से सुसज्जित, ऊर्जा प्रसारित करने वाले उपग्रह उच्च तीव्रता, निरंतर सौर विकिरण को एकत्रित करते हैं।” 

आपूर्ति निरंतर रहती है क्योंकि अंतरिक्ष में कोई बादल नहीं होते और रात नहीं होती। 

प्रौद्योगिकी में विशाल दर्पणों को तैनात करना शामिल है जो बड़ी मात्रा में सौर किरणों को छोटे सौर संग्रहकों पर प्रतिबिंबित करते हैं, ताकि उन्हें माइक्रोवेव या लेज़र बीम के रूप में सुरक्षित और नियंत्रित तरीके से पृथ्वी तक वायरलेस रूप से भेजा जा सके। 

चूँकि यह प्रक्रिया उन्नत प्रौद्योगिकी शामिल करती है, यह दुनिया भर से नवाचारी समाधान आकर्षित करती है। NASA ने अब अंतरिक्ष-आधारित सौर ऊर्जा पर एक रिपोर्ट प्रकाशित की ताकि वह इस शोध क्षेत्र के विकास का समर्थन करने के लिए आवश्यक जानकारी प्राप्त कर सके।

रिपोर्ट उन पैरामीटरों का मूल्यांकन करने का प्रयास करती है जो अंतरिक्ष-आधारित सौर ऊर्जा को एक प्रतिस्पर्धी विकल्प बनाने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाएंगे, जहाँ अंतिम लक्ष्य शून्य शुद्ध ग्रीनहाउस गैस उत्सर्जन प्राप्त करना होगा। 

NASA ने इस क्षेत्र में सक्रिय शोधकर्ताओं और प्रौद्योगिकीविदों के लिए जिन तकनीकी बाधाओं की पहचान की है, वे निम्नलिखित हैं :

• उन्हें कक्षा में बड़े सिस्टम को असेंबल और बनाए रखने के तरीके खोजने होंगे।
• इन सिस्टम को स्वायत्त रूप से संचालित करने और एकत्रित ऊर्जा को पृथ्वी तक प्रभावी रूप से बीम करने के लिए शोध आवश्यक होगा। 
• NASA रिपोर्ट यह भी बताती है कि अंतरिक्ष-आधारित सौर ऊर्जा सिस्टम को उपयोग में लाने से पहले, लॉन्च और निर्माण लागत को संबोधित करना महत्वपूर्ण है। क्योंकि सभी सामग्री को अंतरिक्ष में भेजने के लिए कई निरंतर मिशनों की आवश्यकता होगी जो बुनियादी ढांचे को कक्षा में ले जाएँगे।

NASA रिपोर्ट मानती है कि अंतरिक्ष-आधारित सौर ऊर्जा सिस्टम 2050 तक पूरी तरह उत्पादक और संचालन योग्य हो सकते हैं। रिपोर्ट के माध्यम से, इस क्षेत्र में किए गए कुछ माइलस्टोन प्रगति उजागर हुई हैं। उदाहरण के तौर पर, यह हमें JAXA के वैज्ञानिकों की याद दिलाता है जिन्होंने सिद्ध किया कि माइक्रोवेव के रूप में ऊर्जा को सटीक रूप से वायरलेस रूप से लंबी दूरी तक प्रसारित करना संभव है, जिससे अंततः इसे उपयोगी बिजली में बदला जा सके। 

इस उपलब्धि को आगे बढ़ाते हुए, कैलटेक के वैज्ञानिकों ने मार्च 2023 में स्पेस सोलर पावर डेमॉन्स्ट्रेटर (SSPD-1) विकसित किया, जो अंतरिक्ष में एकत्रित सौर ऊर्जा को पृथ्वी तक वायरलेस रूप से प्रसारित करने वाला पहला अंतरिक्ष यान है।

NASA ने अंतरिक्ष-आधारित सौर ऊर्जा की आर्थिक व्यवहार्यता पर कुछ अनुमान भी प्रस्तुत किए हैं। इस क्षेत्र में लंबे समय से जुड़े कई विशेषज्ञों ने उन अनुमानों को चुनौती दी है। हालांकि, इस ऊर्जा उत्पादन प्रणाली के वादे किए गए लाभों को लगभग कोई भी नकार नहीं सकता। यह आपदा राहत, दूरस्थ सेंसरों को शक्ति प्रदान करने, और हमारी पारंपरिक ऊर्जा उत्पादन प्रणाली और उसकी आपूर्ति श्रृंखला की मौजूदा बाधाओं को दूर करने में मदद कर सकता है। 

इसके लाभों को देखते हुए, सभी विकसित देशों की राष्ट्रीय सरकारें इसमें निवेश करना शुरू कर चुकी हैं। बड़े व्यावसायिक संस्थान, जिनके पास निवेश करने के संसाधन हैं, जैसे Airbus और Northrop Grumman (NOC ), भी निरंतर इस पर काम कर रहे हैं। 

अब हम उनके कुछ उपलब्धियों को देखेंगे। हालांकि, यह ध्यान में रखना आवश्यक है कि यह एक विकसित हो रहा क्षेत्र है और कई प्रयास अभी भी प्रोटोटाइप चरण में हैं।

#1. Airbus पावर बीमिंग

सौर प्रौद्योगिकी को आगे बढ़ाकर अंतरिक्ष-आधारित समाधान संभव बनाने वाले प्रमुख कंपनियों में से एक है Airbus। इसकी पावर बीमिंग तकनीक, जो कंपनी के सेंट्रल रिसर्च & टेक्नोलॉजी और ब्लू स्काई विभागों द्वारा विकसित की गई है, ने इस बात के विश्वसनीय प्रदर्शन किए हैं कि यह अंतरिक्ष-आधारित सौर प्रौद्योगिकी परिदृश्य में एक गेम‑चेंजर कैसे हो सकता है। 

Jean-Dominique Coste, जो Yoann Thueux और उनके सहयोगियों के साथ पावर बीमिंग विकसित करने के जिम्मेदार हैं, के अनुसार :

“प्रौद्योगिकी की संभावनाएँ सूर्य के प्रकाश को पकड़ने और फिर उसे वायरलेस रूप से बीम करने की हैं।” 

इन वैज्ञानिकों का मानना है कि यह ऊर्जा समाधान शहरों, कारखानों, घरों और हवाई जहाज़ों को पर्याप्त बिजली आपूर्ति करने में सक्षम हो सकता है।

Airbus प्रौद्योगिकी विकासकों ने 27 सितंबर 2022 को कंपनी के X‑Works इन्नोवेशन फ़ैक्टरी में पावर बीमिंग का पहला प्रदर्शन किया। हालांकि यह छोटे पैमाने पर किया गया था, लेकिन इस प्रदर्शन ने यह स्पष्ट रूप से दिखाया कि पावर बीमिंग को काम करने के लिए क्या आवश्यक है। 

Coste, Thueux और उनके सहयोगियों ने माइक्रोवेव बीमिंग का उपयोग करके ‘अंतरिक्ष’ और ‘पृथ्वी’ का प्रतिनिधित्व करने वाले दो बिंदुओं के बीच हरी ऊर्जा प्रसारित की। इन दो बिंदुओं के बीच की दूरी 36 मीटर थी। इस प्रदर्शन ने मॉडल शहर को शक्ति देने के लिए हरा हाइड्रोजन भी उत्पन्न किया। 

प्रदर्शन समाप्त होने के बाद, Yoann Thueux ने कहा :

“अब जब हमने पहली बार छोटे पैमाने पर भविष्य के अंतरिक्ष-आधारित सौर ऊर्जा प्रणाली की मुख्य ईंटों का सफलतापूर्वक परीक्षण कर लिया है, हम पावर बीमिंग को अगले स्तर पर ले जाने के लिए तैयार हैं।”

Airbus अपेक्षा करता है कि यह प्रौद्योगिकी शीघ्र ही वास्तविकता बन जाएगी। यह मानता है कि पहले कार्यरत पावर बीमिंग प्रोटोटाइप शुरुआती 2030 के दशक में उपयोग के लिए उपलब्ध हो जाएंगे।

अपनी अंतिम लागू रूप में, यह प्रौद्योगिकी जियोस्टेशनरी कक्षा में, पृथ्वी के ऊपर लगभग 36,000 किमी पर, एक सौर पैनल स्थापित करेगी। इस सौर पैनल को पृथ्वी पर समान आकार के सौर पैनल के साथ जोड़ा जाएगा। 

अंतरिक्ष में एकत्रित शक्ति को एक बड़े क्षेत्र में कई एंटीना के माध्यम से नीचे बीम किया जाएगा। ये एंटीना बीम को पकड़कर ऊर्जा को पुनः संयोजित करके बिजली उत्पन्न करेंगे। 

एक बार यह प्रणाली एक विशिष्ट पैमाने तक पहुँच जाए, तो इसके साथ ऊर्जा उत्पादन की लागत वही होगी जो पृथ्वी पर परमाणु ऊर्जा, तेल या अन्य नवीकरणीय ऊर्जा स्रोतों पर निर्भर बड़े पैमाने के ऊर्जा परियोजनाओं की लागत के बराबर होगी। अनुमान के अनुसार, एक जियोस्टेशनरी सौर फार्म दो गिगावॉट बिजली उत्पन्न कर सकता है। 

15 फरवरी, 2024 को, Airbus ने प्रकाशित किया अपनी पूर्ण वर्ष 2023 की परिणाम, जिसमें वार्षिक राजस्व 65.4 बिलियन और समायोजित EBIT 5.8 बिलियन यूरो बताया गया।

#2. Northrop Grumman

एक और प्रमुख वैश्विक इकाई जिसने अपनी सौर अंतरिक्ष प्रौद्योगिकी क्षमताओं को प्रमाणित करने वाले आवश्यक परीक्षण पूरे किए हैं, वह है Northrop Grumman। कंपनी ने विभिन्न एंटीना की ओर रेडियो फ़्रीक्वेंसी ऊर्जा को बीम करने की अपनी क्षमता का सफलतापूर्वक प्रदर्शन किया, बीम को दिशा देने के साथ। यह 2025 तक अपना प्रोटोटाइप तैयार करने के बारे में आश्वस्त है। 

यह प्रोटोटाइप कंपनी की पृथ्वी तक RF ऊर्जा बीम करने की क्षमता को प्रदर्शित करेगा। यह प्रौद्योगिकी Northrop Grumman’s Space Solar Power Incremental Demonstrations and Research (SSPIDR) द्वारा विकसित की गई है। 

SSPIDR की प्रोग्राम डायरेक्टर टारा थेरेट के अनुसार :

“अब, यह केवल चुनौतीपूर्ण समयसीमा पर शेष हार्डवेयर का निर्माण, परीक्षण और एकीकरण कर रहा है।”

इस प्रक्रिया में आगे का काम इलेक्ट्रॉनिक घटकों को छोटा करने और ‘सैंडविच टाइल्स’ की संख्या बढ़ाने में है। सैंडविच टाइल्स मूलतः फोटोवोल्टाइक सेल पैनल हैं जो सौर ऊर्जा एकत्रित करते हैं और शक्ति को अगले परत तक पहुंचाते हैं, जिनमें सौर‑से‑RF रूपांतरण को सक्षम करने वाले घटक होते हैं और बीम बनाने में मदद करते हैं।

कंपनी आवश्यक उड़ान हार्डवेयर भी बना रही है ताकि इसे सिस्टम में जोड़कर कंपनी के ESPAStar प्लेटफ़ॉर्म पर लॉन्च किया जा सके। ESPAStar प्लेटफ़ॉर्म एक सैटेलाइट बस है जो पेलोड को आवश्यक थ्रस्ट, पावर, एटिट्यूड कंट्रोल और संचार प्रदान करता है। 

अपने किए जा रहे कार्य की पुष्टि में, यूएस एयर फ़ोर्स रिसर्च लैबोरेटरी ने 2018 में Northrop Grumman के प्रयासों को 100 मिलियन अमेरिकी डॉलर के अनुबंध से प्रोत्साहित किया, जिसमें वह प्रोटोटाइप अंतरिक्ष सौर ऊर्जा सिस्टम के प्रमुख घटकों को प्रदर्शित करने के लिए पेलोड विकसित करेगा।

एयर फ़ोर्स अधिकारियों का लक्ष्य विकास प्रयासों को तेज़ करना था ताकि एक प्रोटोटाइप अंतरिक्ष-आधारित सिस्टम बनाया जा सके जो अमेरिकी सैन्य बेसों को सौर ऊर्जा से शक्ति प्रदान कर सके। 

समग्र रूप से, अंतरिक्ष-आधारित सौर प्रौद्योगिकी के भविष्य में संभावनाओं को उजागर करते हुए, टारा थेरेट ने कहा :

“अंतरिक्ष सौर ऊर्जा बीमिंग में किसी भी समय पृथ्वी के किसी भी स्थान पर ऊर्जा प्रदान करने की क्षमता है। यह प्रौद्योगिकी दूरस्थ स्थानों को चिकित्सा और संचार उपकरणों की आवश्यकता वाले क्षेत्रों में शक्ति उपलब्ध करा सकती है।”

Northrop Grumman कुल बिक्री दर्ज की US$36.6 बिलियन की, वर्ष समाप्ति 31 दिसंबर 2022। स्पेस सिस्टम्स स्ट्रीम से अर्जित राजस्व लगभग US$12.3 बिलियन था, जो पिछले वर्ष के US$10.6 बिलियन से उल्लेखनीय वृद्धि है। 2022 में अर्जित US$12.3 बिलियन राजस्व में से 94% US सरकार से आया, जबकि शेष 3%, 2%, और 1% क्रमशः अंतरराष्ट्रीय बिक्री, अन्य ग्राहकों को बिक्री, और अंतर-सेगमेंट बिक्री से आया। 

#3. CESI

CESI, जो मिलान, इटली में स्थित है, के पास अंतरिक्ष अनुप्रयोगों के लिए अत्यधिक कुशल सौर सेल्स के शोध, विकास और उत्पादन में तीन दशकों का अनुभव है। अधिक महत्वपूर्ण बात यह है कि यह गैलियम आर्सेनाइड और इंडियम गैलियम फॉस्फाइड का उपयोग करने वाले मल्टी‑जंक्शन सेल्स के वैश्विक आपूर्तिकर्ताओं में से एक है।

CESI के पास त्रि‑जंक्शन अंतरिक्ष सेल्स की एक श्रृंखला है। इन सेल्स में गैलियम आर्सेनाइड और इंडियम गैलियम फॉस्फाइड के अलावा जर्मेनियम भी शामिल है। ये सेल्स लो अर्थ ऑर्बिट और जियोस्टेशनरी ऑर्बिट उपग्रहों के लिए प्रभावी साबित होते हैं। ये उत्पाद आवश्यक ECSS E ST20-08C मानकों के अनुरूप भी हैं। CESI अब चार‑जंक्शन सेल्स को रोल‑आउट करने की दिशा में है, जो त्रि‑जंक्शन सेल्स की तुलना में अधिक दक्षता प्रदान करेंगे।

भविष्य में, CESI का लक्ष्य विभिन्न अंतरिक्ष सौर सेल उत्पादों की विस्तृत श्रृंखला प्रदान करना है जो किसी भी अंतरिक्ष कार्यक्रम की आवश्यकता को पूरा करेंगे। अब तक, CESI के प्रयासों ने 200,000 से अधिक सौर सेल्स का उत्पादन किया है, जो 25 देशों के ग्राहकों के लिए 70 से अधिक सिविल उपग्रहों को शक्ति प्रदान कर रहे हैं।

CESI के पास मिलान में सौर सेल्स का निर्माण करने की अपनी स्वामित्व वाली प्रौद्योगिकी है। वर्षों से, इसने कई अंतरराष्ट्रीय अंतरिक्ष एजेंसियों और अभिनेताओं के साथ घनिष्ठ और गहरा नेटवर्क बनाया है।

Northrop Grumman की तरह, CESI भी इटालियन राष्ट्रीय सरकार के साथ काम करता है और इटालियन राष्ट्रीय अंतरिक्ष एजेंसी (ASI) और यूरोपीय अंतरिक्ष एजेंसी (ESA) से फंडिंग प्राप्त कर चुका है। इसने यूरोपीय अंतरिक्ष कार्यक्रम और कई अंतरग्रहीय मिशनों की जरूरतों को पूरा करने के लिए उन्नत सौर सेल्स का निर्माण किया है।

नवीनतम उपलब्ध वित्तीय प्रकटीकरण के अनुसार, कंपनी ने वित्तीय वर्ष समाप्ति 31 दिसंबर 2022 में 87 मिलियन चेक क्राउन से अधिक का राजस्व अर्जित किया। 

अंतरिक्ष सौर प्रौद्योगिकी में प्रगति: आगे का मार्ग

अंतरिक्ष सौर प्रौद्योगिकी ने अपनी जगह बना ली है, क्योंकि इसने वैश्विक समुदाय को अपना मूल्य सिद्ध किया है, जिससे कई राष्ट्रीय सरकारें उत्साह के साथ इसमें निवेश करना शुरू कर चुकी हैं। संयुक्त राज्य में, यह कार्रवाई में तब बदला जब नेवल रिसर्च लैबोरेटरी ने 2020 में सूर्य के प्रकाश को पकड़कर सीधे धारा विद्युत ऊर्जा में बदलने के लिए एक प्रयोग किया। इस उद्देश्य के लिए उन्होंने एयर फ़ोर्स के X‑37B स्पेस प्लेन का उपयोग किया। 

इसी बीच, अंतरराष्ट्रीय प्रयास भी गति पकड़ रहे हैं। चीनी प्राधिकरणों ने 2028 की योजना के साथ एक अंतरिक्ष-आधारित प्रदर्शन के लिए महत्वाकांक्षी लक्ष्य निर्धारित किए हैं, जिसे चीन अकादमी ऑफ़ स्पेस टेक्नोलॉजी द्वारा नेतृत्व किया जाएगा। यूरोप में, Solaris एक अच्छी तरह से फंडेड तीन‑वर्षीय शोध कार्यक्रम के रूप में उभरा है, जिसे यूरोपीय अंतरिक्ष एजेंसी ने मंजूरी दी है। यूनाइटेड किंगडम भी इस दौड़ में है, क्योंकि वह अंतरिक्ष में सौर ऊर्जा का उपयोग करने के अध्ययन के लिए अनुदान प्रदान कर रहा है।

स्पष्ट रूप से, नवाचारी कंपनियां, बड़े और संसाधन‑सम्पन्न वैश्विक संगठन, और दुनिया भर की सरकारें मिलकर अंतरिक्ष द्वारा प्रदान की जाने वाली ऊर्जा को पकड़ने और उपयोग करने के लिए काम कर रही हैं। ऐसी निरंतर, अप्रयुक्त सौर ऊर्जा जो पकड़ने और ग्रह के लाभ के लिए उपयोग करने की प्रतीक्षा कर रही है, भविष्य वास्तव में आशाजनक दिखता है।

शीर्ष दस सौर ऊर्जा स्टॉक्स की सूची के लिए यहाँ क्लिक करें।