✅ الإجابة التفصيلية:
أولًا: طبيعة بيئة الفضاء:
ثانيًا: تأثير الحرارة على الخلايا الشمسية:
انخفاض الكفاءة: ترتفع درجة حرارة الخلية => تزداد المقاومة الداخلية => يقل الجهد الناتج.
إجهاد ميكانيكي: تفاوت درجات الحرارة يسبب تمددًا وانكماشًا متكررًا للمواد.
التحلل الإشعاعي: الأشعة فوق البنفسجية وأشعة X تُضعف مواد الخلية بمرور الزمن.
ثالثًا: تأثير الحرارة على محولات الطاقة:
تستخدم الأقمار الصناعية محولات لتحويل الجهد القادم من الخلايا الشمسية.
درجات الحرارة المرتفعة تؤثر على المكثفات والترانزستورات => احتمالية فقدان القدرة.
الانخفاض الشديد يسبب بطء في التشغيل أو فشل في التوصيل.
التحليل النقدي:
إن بيئة الفضاء تمثل تحديًا فريدًا، حيث لا يمكن الاعتماد على وسائل تبريد تقليدية أو أنظمة الحماية المستخدمة على الأرض. ولهذا، تعتمد الشركات على مواد مقاومة للحرارة العالية، إضافة إلى تصميمات حرارية ذكية تشمل مشتتات حرارية، وعوازل متعددة الطبقات.
تجارب وأبحاث:
وكالة ناسا: اختبرت خلايا شمسية من نوع GaAs على قمر صناعي منخفض المدار، وأظهرت انخفاضًا تدريجيًا في الكفاءة بنسبة 18% خلال 5 سنوات.
وكالة JAXA اليابانية: طورت غلافًا حراريًا نشطًا يُعدّل امتصاص الحرارة حسب الاتجاه، ما زاد الكفاءة بنسبة 30%.
ربط بالحياة اليومية:
تشبه هذه التحديات تلك التي نواجهها في الهواتف الذكية أو السيارات التي تتعرض للحر الشديد أو البرد القارس، حيث تبدأ البطارية في الانخفاض بسرعة أو تبطئ الإلكترونيات. لكن في الفضاء، لا توجد فرصة لإعادة التشغيل بسهولة، ولهذا فالتصميم يجب أن يكون بالغ الصلابة.
المصادر:
NASA Solar Technology Lab Reports.
JAXA Thermal Materials Research, 2022.
كتاب الفيزياء – الصف الثالث الثانوي – فصل الحرارة وخصائص المواد