विज्ञान कथा से आकाश-ऊँचाई तक: क्या कक्षा में घूमने वाले सौर पैनल एक उज्ज्वल विचार हैं?

कल्पना कीजिए कि सूर्य की शक्ति को केवल पृथ्वी से नहीं बल्कि अंतरिक्ष से भी प्राप्त किया जाए। यही स्पेस सोलर पावर (SSP) का सार है।

यह एक उन्नत अवधारणा है जिसमें सौर ऊर्जा को अंतरिक्ष की विशालता में एकत्र किया जाता है और फिर पृथ्वी तक प्रेषित किया जाता है। यह विधि रात और मौसम जैसी पृथ्वी की सीमाओं को पार करती है, जिससे सौर ऊर्जा का निरंतर, बिना बाधा वाला प्रवाह सुनिश्चित होता है।

हालाँकि यह भविष्यवादी विचार जैसा लग सकता है, SSP के मूल सिद्धांत सूर्य जितने ही शाश्वत हैं।

स्पेस सोलर पावर को परिभाषित करने के लिए: यह स्वच्छ ऊर्जा का स्रोत है जहाँ अंतरिक्ष में सूर्य के प्रकाश से एकत्रित ऊर्जा को वायरलेस रूप से पृथ्वी तक प्रेषित किया जाता है।

सूर्य, जिसकी अनुमानित आयु 4-5 बिलियन वर्ष, एक वास्तव में दीर्घकालिक ऊर्जा समाधान प्रस्तुत करता है। इसके अलावा, स्पेस सोलर पावर ग्रीनहाउस गैसें नहीं उत्सर्जित करता और बढ़ती कमी वाले मीठे पानी के संसाधनों, मूल्यवान कृषि भूमि, या प्राकृतिक गैस-आधारित उर्वरकों पर निर्भर नहीं है।

यह हानिकारक अपशिष्ट भी उत्पन्न नहीं करता और पारंपरिक सौर ऊर्जा समाधानों के विपरीत, बादल, दिन के प्रकाश में परिवर्तन या पवन गति से अप्रभावित रहता है।

स्पेस सोलर पावर द्वारा प्रस्तुत अवसरों ने कई संगठनों को इसके आसपास समाधान बनाने के लिए प्रेरित किया है। अंतरिक्ष-आधारित सौर ऊर्जा बाजार में कुछ प्रमुख खिलाड़ी हैं: Airbus, Azur Space Solar Power GmbH, Fralock LLC, Japanese Aerospace Exploration Agency, Northrop Grumman (NOC ), Borrego Energy, LLC., Solaren Corporation, Space Tech GmbH, Space Canada, DHV Technology, और अन्य।

लेकिन इन व्यवसायों और उनके समाधानों के काम करने के तरीके को गहराई से समझने से पहले, आइए देखें कि अंतरिक्ष-आधारित सौर ऊर्जा प्रणालियाँ क्या हैं और क्यों इन्हें स्वच्छ, नवीकरणीय ऊर्जा उत्पादन के लिए व्यवहार्य माना जाता है।

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अंतरिक्ष-आधारित सौर ऊर्जा प्रणालियों के पीछे का विज्ञान

अध्ययन दर्शाते हैं कि हर घंटे पृथ्वी को इतना सौर ऊर्जा मिलती है कि मानवता एक पूरे वर्ष में उपभोग करती है। रोचक बात यह है कि पृथ्वी का वायुमंडल इस सौर ऊर्जा का लगभग 30% अंतरिक्ष में वापस परावर्तित करता है।

स्पेस सोलर पावर जनरेशन सिस्टम उन प्रचुर सौर ऊर्जा का उपयोग करते हैं जो अन्यथा अंतरिक्ष में बिन उपयोग के खो जाती है। अंततः, बादलों जैसी वायुमंडलीय बाधाओं की अनुपस्थिति और रात के बिना निरंतर सूर्य प्रकाश का संपर्क इन उपग्रह-आधारित प्रणालियों को अत्यधिक कुशल बनाता है। वे पारंपरिक सौर पैनलों की तुलना में पृथ्वी को बहुत अधिक ऊर्जा पकड़ और प्रेषित कर सकते हैं।

इन अंतरिक्ष-आधारित सौर ऊर्जा संग्रह और प्रसारण प्रणालियों में, पैनलों से सुसज्जित उपग्रहों में ऊर्जा प्रसारण क्षमता भी होती है। वे बड़े आकार के दर्पणों का उपयोग करके विशाल मात्रा में सौर किरणों को छोटे सौर कलेक्टरों पर केंद्रित करते हैं। यह उच्च तीव्रता, निरंतर सौर विकिरण फिर सुरक्षित और नियंत्रित तरीके से वायरलेस रूप से पृथ्वी तक प्रेषित किया जाता है।

स्पेस सोलर पावर की व्यवहार्यता: तकनीकी नवाचार

हाल के तकनीकी नवाचारों के कारण अंतरिक्ष सोलर पावर का प्रसारण व्यवहार्य हो गया है। दो प्रकार की प्रसारण प्रणालियाँ हैं।

पहला माइक्रोवेव-प्रसारण सौर उपग्रह है, जबकि दूसरा लेज़र-प्रसारण सौर उपग्रह है। माइक्रोवेव-प्रसारण उपग्रहों में, सूर्य का प्रकाश बड़े दर्पणों से प्रतिबिंबित होकर उपग्रह के केंद्र में जाता है, जहाँ इसे निरंतर माइक्रोवेव ऊर्जा में बदलकर पृथ्वी तक प्रेषित किया जाता है।

दूसरे प्रकार, लेज़र-प्रसारण उपग्रह, जैसा कि नाम से स्पष्ट है, माइक्रोवेव बीम के बजाय लेज़र का उपयोग करते हैं। ये उपग्रह आमतौर पर अपने छोटे आकार के कारण अन्य छोटे उपग्रहों के समूह में कार्य करते हैं।

इन दो सेटअप की आर्थिक व्यवहार्यता की बात करें तो, लेज़र सौर उपग्रहों की शुरुआती लागत अपेक्षाकृत कम होती है, जो US$500 मिलियन से US$1 बिलियन के बीच होती है। लेज़र बीम का छोटा व्यास इसे जमीन पर लागू करना आसान और सस्ता बनाता है।

हालांकि, माइक्रोवेव सौर उपग्रह बारिश, बादल और अन्य वायुमंडलीय स्थितियों के माध्यम से स्थिर, निरंतर शक्ति को पकड़ने और प्रसारित करने में सक्षम होते हैं। यह अपने स्थलीय रिसीवर को 1 गीगावॉट से अधिक ऊर्जा प्रदान कर सकता है, जो एक बड़े शहर को शक्ति देने के लिए पर्याप्त है।

इन सभी प्रगतियों पर चर्चा करते समय हमें यह नहीं भूलना चाहिए कि ये तकनीकी चमत्कार एक दिन में नहीं बने। यह वैज्ञानिक और तकनीकी अनुसंधान की लंबी परम्परा का परिणाम है। स्पेस सोलर पावर की भविष्य की संभावनाओं को समझने के लिए हमें इसे संदर्भित करना होगा।

स्पेस सोलर अवधारणा का विकास: आरंभ से वर्तमान स्थिति तक

1970 के दशक:

• संयुक्त राज्य अमेरिका में स्पेस सोलर पावर अवधारणाओं का अध्ययन शुरू हुआ।

1980 के दशक:

• एशिया ने स्पेस सोलर पावर अवधारणाओं का अध्ययन शुरू किया।

1990 के दशक के अंत – 2000 के दशक की शुरुआत:

• 1998: स्पेस सोलर पावर अवधारणा परिभाषा अध्ययन ने विश्वसनीय, व्यावसायिक रूप से व्यवहार्य स्पेस सोलर पावर अवधारणाओं और उनके संबंधित तकनीकी एवं कार्यक्रम जोखिमों की पहचान की।

• 1998: जापान की अंतरिक्ष एजेंसी ने एक स्पेस सोलर पावर सिस्टम विकसित किया, जो अभी भी सक्रिय है।

• 1999: नासा का स्पेस सोलर पावर अन्वेषणात्मक अनुसंधान और प्रौद्योगिकी कार्यक्रम शुरू किया गया।

2010 से 2020 के शुरुआती वर्षों तक

• 2010: भारतीय अंतरिक्ष अनुसंधान संगठन ने स्पेस सोलर पावर पर बुनियादी कार्य शुरू किया।

• 2012: चीन ने भारत के साथ मिलकर स्पेस सोलर पावर के विकास का प्रस्ताव रखा।

• 2015: कैलटेक और नॉर्थरॉप ग्रुमैन कॉरपोरेशन ने स्पेस सोलर पावर पहल स्थापित की, जिसमें अंतरिक्ष-आधारित सौर ऊर्जा प्रणाली के विकास के लिए लगभग US$17.5 मिलियन तीन वर्षों में आवंटित किए गए।

2020 के दशक

• 2022: यूनाइटेड किंगडम ने अपनी स्पेस एनर्जी पहल की घोषणा की, जिसका लक्ष्य मध्य 2040 के दशक तक अपना पहला स्पेस पावर स्टेशन लॉन्च करना और इस स्रोत से अपनी बिजली की 30% मांग को पूरा करना है।

• 2022: यूरोपीय अंतरिक्ष एजेंसी ने सोलारिस कार्यक्रम की घोषणा की, जिसमें 2030 से सोलर पावर सैटेलाइट्स का संचालन करने की योजना है।

• 2023: कैलटेक का स्पेस सोलर पावर डेमॉन्स्ट्रेटर (SSPD-1) ने सफलतापूर्वक पृथ्वी तक पता चलने योग्य शक्ति प्रेषित की।

इन वर्षों के दौरान, विभिन्न राष्ट्रीय सरकारों, विश्वविद्यालय अनुसंधान विभागों और राज्य-प्रायोजित संगठनों ने स्पेस सोलर पावर की बुनियादी संरचना और संभावनाओं का अन्वेषण किया है।

इस परिवर्तनकारी ऊर्जा स्रोत के विकास में नॉर्थरॉप ग्रुमैन, एयरबस और सोलरन कॉरपोरेशन जैसी कंपनियों ने भी महत्वपूर्ण योगदान दिया है।

जबकि कई स्पेस सोलर प्रोग्राम राष्ट्रीय सरकारों, विश्वविद्यालय अनुसंधान विभागों और राज्य-प्रायोजित स्वायत्त संगठनों से आए हैं, नॉर्थरॉप ग्रुमैन, एयरबस और सोलरन कॉरपोरेशन जैसी कंपनियों ने इस परिवर्तनकारी ऊर्जा स्रोत को प्राप्त करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाई है।

परिवर्तनकारी स्पेस सोलर पावर पहलों वाली कंपनियां

1. Northrop Grumman

बाल्टिमोर, मैरीलैंड स्थित कंपनी नॉर्थरॉप ग्रुमैन का स्पेस सोलर पावर इन्क्रिमेंटल डेमॉन्स्ट्रेशन्स एंड रिसर्च (SSPIDR) प्रोजेक्ट टीम अंतरिक्ष से पृथ्वी के किसी भी स्थान पर सौर ऊर्जा के प्रसारण को वास्तविकता बनाने पर काम कर रही है।

परियोजना का लक्ष्य कक्षा में स्थित अत्यधिक कुशल फोटोवोल्टाइक सेल्स का उपयोग करके सौर ऊर्जा एकत्र करना और उसे रेडियो फ्रिक्वेंसी (RF) ऊर्जा में बदलना है, जिसे पृथ्वी पर स्थित रिसीविंग स्टेशन तक प्रेषित किया जाएगा।

यह कंपनी अंतरिक्ष के लिए उपयुक्त टर्नकी सोलर एरे सिस्टम विकसित करने में अग्रणी रही है। इसके फोटोवोल्टाइक सबअसेंबली में नवीनतम तकनीकें शामिल हैं जो रोबोटिक ऑटोमेशन के साथ वेल्ड या सोल्डर करती हैं, जिससे सौर सेल्स को छह फुट तक की लंबाई वाले सर्किट में जोड़ा जाता है।

इसके कवरड इंटरकनेक्टेड सेल्स सौर सेल्स और कवरग्लास को CIC असेंबली के लिए एकीकृत करने की सुविधा प्रदान करते हैं।

यह सौर सेल स्ट्रिंग्स, अत्यधिक कठोर अंतरिक्ष पर्यावरण के लिए रेजिस्टिव विंग आइसोलेशन बोर्ड असेंबली, पूर्ण तापमान रेंज (-185 से >300 डिग्री सेल्सियस) सक्षम, प्लेटिनम रेजिस्टेंस थर्मामीटर असेंबली, और अन्य उत्पाद भी बनाता है।

इन नवाचारों ने स्पेस सोलर पावर पहलों को गति में आगे बढ़ाने और उनकी संभावनाओं को हासिल करने में मदद की है।

2022 में, नॉर्थरॉप ग्रुमैन ने US$36.6 बिलियन की बिक्री दर्ज की और लेनदेन-समायोजित प्रति शेयर आय US$25.54 रही। कंपनी की शुद्ध आय FY 2022 में लगभग US$5 बिलियन थी।

2. Airbus

इस क्षेत्र में उत्कृष्ट प्रदर्शन करने वाली एक और कंपनी एयरबस थी। इसके पावर-बीमिंग समाधान यूरोप को अधिक नवीकरणीय ऊर्जा स्वतंत्र रूप से प्राप्त करने में मदद करने का लक्ष्य रखते हैं, जहाँ आकाश में नई ऊर्जा नेटवर्क स्वतंत्र और सतत ऊर्जा आपूर्ति 24 घंटे प्रदान करते हैं। एयरबस के पहले कार्यरत पावर बीमिंग प्रोटोटाइप शुरुआती 2030 के दशक में उपयोग में आ सकते हैं।

इसके अतिरिक्त, एयरबस संस्थागत और वाणिज्यिक अनुप्रयोगों के लिए सोलर एरे, फोटोवोल्टाइक असेंबली और सोलर सेल असेंबली का प्रमुख यूरोपीय निर्माता भी है। इसने उपग्रहों के लिए पावर कंडीशनिंग और वितरण इकाइयाँ निर्मित की हैं। यह इलेक्ट्रिक प्रोपल्शन सिस्टम और इलेक्ट्रिक प्रोपल्शन के लिए विभिन्न इलेक्ट्रॉनिक्स भी आपूर्ति करता है, जिसमें स्पेस सोलर सिस्टम्स में आवश्यक पावर कंट्रोल और पावर प्रोसेसिंग यूनिट्स शामिल हैं।

एयरबस हल्के, अधिक लचीले और सतह पर अधिक ऊर्जा पकड़ने में सक्षम उन्नत फोटोवोल्टाइक सोलर पैनलों के निर्माण की दिशा में भी काम कर रहा है। इसका प्रमुख कार्यक्रम, Zephyr, एक उच्च-ऊँचाई का छद्म-उपग्रह है जो पूरी तरह से सौर ऊर्जा से संचालित होता है।

इन सभी पहलुओं ने स्पेस सोलर पावर के कारण को तेज गति और बढ़ी हुई दक्षता के साथ आगे बढ़ाने में बहुत योगदान दिया है।

FY 2022 में, एयरबस ने 58.8 बिलियन यूरो की राजस्व दर्ज की, समायोजित EBIT 5.6 बिलियन यूरो था। विलय एवं अधिग्रहण और ग्राहक वित्तपोषण से पहले इसका फ्री कैश फ्लो 4.7 बिलियन यूरो था। कंपनी ने प्रति शेयर 1.80 यूरो का लाभांश प्रस्तावित किया।

3. Solaren Corporation

इस क्षेत्र में उभरता नवप्रवर्तक, सोलरन कॉरपोरेशन ने अंतरिक्ष से लागत-प्रतिस्पर्धी, शून्य-उत्सर्जन वाली बिजली प्रसारित करने के तरीके विकसित किए हैं।

आगामी दस वर्षों में, सोलरन पहला SSP प्लांट विकसित, लॉन्च और संचालित करेगा और बिजली बेचेगा। सोलरन ने संयुक्त राज्य, यूरोपीय संघ, चीन, जापान, भारत, कनाडा और रूसी संघ जैसे देशों में अत्याधुनिक SSP सिस्टम पेटेंट भी हासिल किए हैं।

सोलरन की स्पेस सोलर पावर समाधान कई लाभ प्रदान करते हैं। इसमें 24/7 एक स्वच्छ बेसलोड बिजली आपूर्ति शामिल है, जो लागत-प्रतिस्पर्धी, उत्सर्जन-मुक्त और परमाणु विकिरण से मुक्त है। यह थर्मल कूलिंग के लिए पानी की भी आवश्यकता नहीं रखता, जिससे समुद्र, नदियों और झीलों के गर्म होने की संभावना समाप्त हो जाती है।

सोलरन की स्पेस सोलर पावर समाधान दो घटकों से बना है: सोलर पावर सैटेलाइट और ग्राउंड रिसीव स्टेशन। सैटेलाइट सौर एरे और RF एरे/एंटीना का उपयोग करके ऊर्जा को पकड़ता और प्रसारित करता है। ग्राउंड रिसीव स्टेशन अपनी रिसीविंग एंटीना के माध्यम से प्रसारित शक्ति को प्राप्त करता है।

जुलाई 2023 में, सोलरन ने अपने नवीनतम फंडिंग राउंड की सफल पूर्णता की घोषणा की, जिसका नेतृत्व स्काईसीड वेंचर्स ने किया। सोलरन ने उस राउंड में $2.46 मिलियन जुटाए।

स्पेस सोलर पावर का वैश्विक प्रभाव और व्यवहार्यता

स्पेस-आधारित सौर ऊर्जा प्रणालियों के आसपास अत्यधिक उन्नत तकनीकों के आगमन ने अंतरिक्ष वाहनों, उपग्रहों, रोवर्स और अन्य अंतरिक्ष बुनियादी ढांचे को शक्ति प्रदान करने में मदद की है। अंतरिक्ष से प्राप्त सौर ऊर्जा इन प्रणालियों को लंबे समय तक चलाने में मदद कर सकती है, बिना ऑनबोर्ड ऊर्जा स्रोतों से बार-बार रिफ्यूलिंग की आवश्यकता के।

इन नवाचारों ने पुन: प्रयोज्य रॉकेट विकसित करने की लागत को कम किया है, जिससे अंतरिक्ष में उपकरण लॉन्च करने की खर्च घट गई है। स्पेस-आधारित सौर ऊर्जा संग्रह और प्रसारण वास्तुकला की रखरखाव लागत भी घट गई है। रोबोटिक्स और ऑटोमेशन के बढ़ते उपयोग से लागत को और घटाने और दक्षता बढ़ाने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाई जाएगी।

अनुमानों के अनुसार, उत्तर अमेरिका इस क्षेत्र में लगभग दो-पाँचवें वैश्विक राजस्व के साथ प्रमुख है। हालांकि, भविष्य के विकास ड्राइवरों की बात करें तो चीन और भारत में उच्च संभावनाएँ हैं।

परिचालन में आने वाली चुनौतियां

भविष्य में, स्पेस सोलर पावर समाधान को कुछ महत्वपूर्ण बाधाओं को पार करना होगा। इनमें से एक उत्पादन लागत और प्रदर्शन के बीच संतुलन प्राप्त करना है। कम लागत वाले लेज़र-प्रसारण समाधान प्रत्येक उपग्रह की कम शक्ति के कारण कई उपग्रहों की आवश्यकता रखते हैं ताकि उल्लेखनीय प्रभाव पैदा हो सके। दूसरी ओर, महंगे माइक्रोवेव-प्रसारण समाधान लॉन्चिंग खर्च में दशकों बिलियन डॉलर तक पहुँच सकते हैं।

लेज़र-प्रसारण समाधान, नवाचारी होते हुए भी, अंध करने और संभावित हथियार बनाने जैसी सुरक्षा संबंधी चुनौतियों को उत्पन्न कर सकते हैं। दूसरी ओर, माइक्रोवेव-प्रसारण समाधान, जबकि इन विशिष्ट सुरक्षा चिंताओं से बचते हैं, बहुत अधिक स्थान की आवश्यकता रखते हैं, जिससे स्थलीय रिसीवर कई किलोमीटर व्यास के होने चाहिए।

लेज़र-प्रसारण उपग्रह भारी बादलों या बारिश जैसी वायुमंडलीय अनियमितताओं से भी प्रभावित होते हैं। माइक्रोवेव-प्रसारण समाधान, पृथ्वी से आवश्यक दूरी के कारण, व्यावहारिक रूप से मरम्मत असंभव होते हैं।

इन सभी समस्याओं को उचित रूप से संबोधित और हल किया जाना चाहिए। उपग्रहों और स्थलीय रिसीवरों का आकार अत्यधिक घटाया जाना चाहिए, जबकि उनकी ऊर्जा-संग्रहण और प्रसारण क्षमताओं को कम नहीं किया जाना चाहिए।

विकासशील देशों के लिए लागत मध्यम होनी चाहिए ताकि वे इन तकनीकों का परीक्षण और उपयोग करने में अधिक आत्मविश्वास महसूस कर सकें। मरम्मत प्रावधानों को अधिक सक्रिय रूप से स्थापित किया जाना चाहिए, और समाधान अपने प्रदर्शन में मौजूदा मौसम से स्वतंत्र हो जाएँ।

आगे का एक आशाजनक मार्ग

बड़ी सार्वजनिक कंपनियों के स्पेस सोलर पावर उत्पादों और समाधानों के निर्माण में भारी निवेश के साथ, आगे का मार्ग आशाजनक दिखता है। नवाचार फलेंगे-फूलेंगे, और प्रणाली अधिक कुशल और अनुकूल बन जाएगी।

आखिरकार, जो शक्ति वैश्विक स्तर पर स्पेस सोलर पावर मिशनों को चलाती है, वह नवीकरणीय ऊर्जा के माध्यम से ग्रह की स्थिरता हासिल करने का बड़ा कारण है।

अपनी पूरी क्षमता हासिल करने पर, स्पेस सोलर पावर किसी भी देश को समान लागत पर बिजली प्रदान कर सकता है, बिना लंबी दूरी के ट्रांसमिशन लाइनों के निर्माण में नई खर्च की आवश्यकता के।

विश्लेषकों का मानना है कि स्पेस सोलर पावर आने वाले दो दशकों में 250,000 से अधिक स्थायी हाई-टेक नौकरियां बना सकता है। वास्तविकता में, यह संख्या और भी बड़ी हो सकती है।

इसलिए, स्पेस सोलर पावर समाधान मौजूदा US$2 ट्रिलियन वैश्विक विद्युत बाजार के बढ़ते हिस्से को कब्जा करते रहेंगे। दायरे के विस्तार के साथ, अधिक से अधिक समाधान प्रदाता SSP बैंडवागन में शामिल होंगे। यह आज ग्रह के सामने मौजूद ऊर्जा चुनौतियों को हल करने का आर्थिक रूप से व्यवहार्य तरीका बन जाएगा।

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