هل تؤثر الأشعة الفضائية على الأقمار الصناعية؟

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

وتعد البيروفسكايتات الهاليدية المعدنية فئة من المواد التي تم اكتشافها في عام 1839 والتي توجد بكثرة في قشرة الأرض، وتمتص هذه المواد ضوء الشمس وتحوله بكفاءة إلى كهرباء، مما يجعلها مناسبة بشكل محتمل للألواح الشمسية الفضائية التي يمكنها تشغيل الأقمار الصناعية أو الموائل الفضائية المستقبلية. 

ويقوم الباحثون بصنع البيروفسكايت على شكل أحبار ، ثم يقومون بطلاء الأحبار على ألواح زجاجية أو بلاستيكية، مما يؤدي إلى إنشاء أجهزة رقيقة تشبه الأغشية، 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. 

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

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

قد قامت البروتونات عالية الطاقة بإصلاح الضرر الذي أحدثته البروتونات منخفضة الطاقة، مما سمح للجهاز بالتعافي ومواصلة القيام بوظيفته، ولا تظهر أشباه الموصلات التقليدية المستخدمة في الإلكترونيات الفضائية هذا الشفاء.

وقد فوجئ فريقي بهذا الاكتشاف، فكيف يمكن لمادة تتحلل عند تعرضها للأكسجين والرطوبة أن تقاوم الإشعاعات الفضائية القاسية، وأن تعالج نفسها أيضًا في بيئة تدمر أشباه الموصلات السيليكونية التقليدية؟ وفى هذا البحث بدأ اكتشاف اللغز.

ويتوقع العلماء أن عمليات إطلاق الأقمار الصناعية إلى مدار قريب من الأرض سوف تزداد بشكل كبير خلال السنوات العشر القادمة ، وتهدف وكالات الفضاء مثل وكالة ناسا إلى إنشاء قواعد على القمر .

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

ويقدر الباحثون أن نشر بضعة أرطال فقط من مواد البيروفسكايت في الفضاء قد يولّد ما يصل إلى 10 ملايين واط من الطاقة. وتبلغ تكلفة إطلاق المواد إلى الفضاء حاليًا حوالي 4000 دولار أمريكي للكيلوجرام (1818 دولارًا للرطل)،لذا فإن المواد الفعالة مهمة. 

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