تصور وقتًا تستكشف فيه مئات المركبات الفضائية النظام الشمسي وما وراءه. هذا هو المستقبل الذي ستساعد مهمة ESCAPADE التابعة لناسا، أو مستكشفي الهروب والبلازما والديناميكيات، في إطلاق العنان له: مستقبل تتيح فيه المركبات الفضائية الصغيرة ومنخفضة التكلفة للباحثين التعلم بسرعة وتكرار التكنولوجيا والعلوم وتطويرها.
سيتم إطلاق مهمة ESCAPADE في منتصف نوفمبر 2025 على متن صاروخ Blue Origin New Glenn، حيث سيتم إرسال مركبتين مداريتين صغيرتين إلى المريخ لدراسة غلافه الجوي. كمهندسي طيران، نحن متحمسون لهذه المهمة لأنها لن تقدم علومًا عظيمة أثناء تطوير قدرات المركبات الفضائية الصغيرة في الفضاء السحيق فحسب، بل ستسافر أيضًا إلى الكوكب الأحمر في مسار جديد مبتكر.
مهمة ESCAPADE هي في الواقع مركبتان فضائيتان بدلاً من واحدة. ستأخذ مركبتان فضائيتان متطابقتان قياسات متزامنة، مما يؤدي إلى تحسين العلوم. هذه المركبات الفضائية أصغر من تلك المستخدمة في الماضي، وكل منها بحجم آلة نسخ، وقد تم تمكينها جزئيًا من خلال اتجاه التصغير المستمر في صناعة الفضاء. يعد القيام بالمزيد بموارد أقل أمرًا مهمًا للغاية لاستكشاف الفضاء، لأنه عادةً ما يستغرق الأمر معظم كتلة المركبة الفضائية لنقلها إلى المكان الذي تريد أن تذهب إليه.
إن امتلاك مركبتين فضائيتين يعمل أيضًا بمثابة بوليصة تأمين في حالة عدم عمل إحداهما كما هو مخطط لها. وحتى لو فشل أحدها تمامًا، فلا يزال بإمكان الباحثين إجراء العلوم باستخدام مركبة فضائية عاملة واحدة. يتيح هذا التكرار إمكانية بناء كل مركبة فضائية بتكلفة أقل مما كانت عليه في الماضي، لأن النسخ تسمح بمزيد من قبول المخاطر.
دراسة تاريخ المريخ
قبل وقت طويل من استعداد المركبتين الفضائيتين ESCAPADE الأزرق والذهبي للذهاب إلى الفضاء – منذ مليارات السنين، لكي أكون أكثر دقة – كان للمريخ غلاف جوي أكثر سمكًا مما هو عليه الآن. ومن شأن هذا الغلاف الجوي أن يمكّن السوائل من التدفق على سطحه، مما يؤدي إلى إنشاء القنوات والأخاديد التي لا يزال بإمكان العلماء مراقبتها حتى اليوم.
لكن أين ذهب الجزء الأكبر من هذه الأجواء؟ وقد حولت خسارته كوكب المريخ إلى العالم البارد والجاف الذي هو عليه اليوم، حيث يقل ضغط الهواء السطحي عن 1% من الضغط الجوي على الأرض.
كان للمريخ أيضًا مجال مغناطيسي، مثل مجال الأرض، مما ساعد على حماية غلافه الجوي. كان هذا الغلاف الجوي والمجال المغناطيسي حاسمين لأي حياة ربما كانت موجودة على المريخ في وقت مبكر.
سيقوم برنامج ESCAPADE بقياس بقايا هذا المجال المغناطيسي الذي حافظت عليه الصخور القديمة ودراسة تدفق وطاقة الغلاف الجوي للمريخ وكيفية تفاعله مع الرياح الشمسية، وهي تيار من الجسيمات التي تنبعث منها الشمس مع الضوء. ستساعد هذه القياسات في الكشف عن المكان الذي ذهب إليه الغلاف الجوي ومدى سرعة فقدان المريخ له حتى اليوم.
مساحة التجوية على الميزانية
الفضاء ليس مكانًا ودودًا. معظمها عبارة عن فراغ، أي أنها فارغة في الغالب، بدون جزيئات الغاز التي تخلق الضغط وتسمح لك بالتنفس أو نقل الحرارة. تمنع هذه الجزيئات الأشياء من أن تصبح ساخنة جدًا أو باردة جدًا. في الفضاء، وبدون أي ضغط، يمكن أن تصبح المركبة الفضائية ساخنة جدًا أو باردة جدًا بسهولة، اعتمادًا على ما إذا كانت في ضوء الشمس أو في الظل.
بالإضافة إلى ذلك، فإن الشمس والأجسام الفلكية الأخرى تبعث إشعاعات لا تتعرض لها الكائنات الحية على الأرض. المجال المغناطيسي للأرض يحميك من أسوأ هذه الإشعاعات. لذا، عندما يغادر البشر أو ممثلونا الآليون الأرض، يجب على مركبتنا الفضائية البقاء على قيد الحياة في هذه البيئة القاسية غير الموجودة على الأرض.
وسوف تتغلب ESCAPADE على هذه التحديات بميزانية ضئيلة يبلغ مجموعها 80 مليون دولار أمريكي. وهذا مبلغ كبير من المال، ولكن بالنسبة لمهمة إلى كوكب آخر فهو غير مكلف. وقد نجحت في إبقاء التكاليف منخفضة من خلال الاستفادة من التقنيات التجارية لاستكشاف الفضاء السحيق، وهو الأمر الذي أصبح ممكناً الآن بسبب الاستثمارات السابقة في البحوث الأساسية.
على سبيل المثال، استخدمت مهمة GRAIL، التي تم إطلاقها في عام 2011، مركبتين فضائيتين، Ebb وFlow، لرسم خريطة مجالات جاذبية القمر. يأخذ ESCAPADE هذا المفهوم إلى عالم آخر، المريخ، ويكلف جزءًا صغيرًا من تكلفة GRAIL.
بقيادة روب ليليس من مختبر علوم الفضاء بجامعة كاليفورنيا في بيركلي، يهدف هذا التعاون بين صانعي المركبات الفضائية Rocket Lab والمتخصصين في المسار Advanced Space LLC ومزود الإطلاق Blue Origin – وجميع الشركاء التجاريين بتمويل من NASA – إلى إظهار أن استكشاف الفضاء السحيق أصبح الآن أسرع وأكثر مرونة وأقل تكلفة من أي وقت مضى.
كيف سيصل ESCAPADE إلى المريخ؟
سوف يستخدم ESCAPADE أيضًا مسارًا جديدًا للوصول إلى المريخ. تخيل أنك رامي في الألعاب الأولمبية. لكي تصل إلى نقطة الهدف، عليك أن تطلق سهمًا عبر دائرة مقاس 15 بوصة – 40 سنتيمترًا – من مسافة 300 قدم، أو 90 مترًا. تخيل الآن أن عين الثور تمثل المريخ. لتضربه من الأرض، سيتعين عليك إطلاق سهم عبر نفس الهدف مقاس 15 بوصة على مسافة تزيد عن 13 ميلًا، أو 22 كيلومترًا. سيكون عليك أيضًا إطلاق السهم في مسار منحني بحيث يدور حول الشمس.
ليس هذا فحسب، بل إن المريخ لن يكون في مركز الهدف في الوقت الذي تطلق فيه السهم. يجب عليك أن تصوب نحو المكان الذي سيكون فيه المريخ بعد 10 أشهر من الآن. هذه هي المشكلة التي واجهها مصممو مهمة ESCAPADE. ما يثير الدهشة هو أن القوانين الفيزيائية وقوى الطبيعة يمكن التنبؤ بها لدرجة أن هذه لم تكن حتى أصعب مشكلة يمكن حلها في مهمة ESCAPADE.
يستغرق الأمر طاقة للانتقال من مكان إلى آخر. للانتقال من الأرض إلى المريخ، يجب على المركبة الفضائية أن تحمل الطاقة التي تحتاجها، على شكل وقود صاروخي، يشبه إلى حد كبير البنزين في السيارة. ونتيجة لذلك، يجب استخدام نسبة عالية من كتلة الإطلاق الإجمالية كوقود للرحلة.
عند الذهاب إلى مدار المريخ من مدار الأرض، يجب أن يكون ما يصل إلى 80% إلى 85% من كتلة المركبة الفضائية وقودًا دافعًا، مما يعني أنه لا يتم تخصيص الكثير من الكتلة للجزء من المركبة الفضائية الذي يقوم بجميع التجارب. تجعل هذه المشكلة من المهم تعبئة أكبر قدر ممكن من الإمكانات في بقية المركبة الفضائية. بالنسبة لـ ESCAPADE، يبلغ حجم الوقود الدافع حوالي 65% فقط من كتلة المركبة الفضائية.
يعتبر مسار ESCAPADE موفرًا للوقود بشكل خاص. أولاً، سيتجه اللونان الأزرق والذهبي إلى نقطة لاغرانج L2، وهي واحدة من خمسة أماكن تلغي فيها قوى الجاذبية للشمس والأرض. بعد ذلك، بعد حوالي عام، سيقومون خلاله بجمع بيانات مراقبة الشمس، وسوف يطيرون بالقرب من الأرض، باستخدام مجال جاذبيتها للحصول على دفعة. وبهذه الطريقة، سيصلون إلى المريخ خلال حوالي 10 أشهر أخرى.
يتمتع هذا النهج الجديد بميزة أخرى تتجاوز الحاجة إلى حمل كميات أقل من الوقود: فالرحلات من الأرض إلى المريخ عادةً ما تكون مناسبة لتوفير الوقود كل 26 شهرًا تقريبًا بسبب الموقع النسبي للكوكبين. ومع ذلك، فإن هذا المسار الجديد يجعل وقت المغادرة أكثر مرونة. يمكن أن تستخدم بعثات الشحن والبعثات البشرية المستقبلية مسارًا مشابهًا للقيام برحلات أكثر تكرارًا وأقل تقييدًا بالوقت إلى المريخ.
سيكون ESCAPADE بمثابة شهادة على حقبة جديدة في رحلات الفضاء. بالنسبة لجيل جديد من العلماء والمهندسين، لا يعد ESCAPADE مجرد مهمة – بل هو مخطط لعصر تعاوني جديد من الاستكشاف والاكتشاف.
تم إعادة نشر هذا المقال من The Conversation، وهي منظمة إخبارية مستقلة غير ربحية تقدم لك حقائق وتحليلات جديرة بالثقة لمساعدتك على فهم عالمنا المعقد. كتب بواسطة: كريستوفر كار، معهد جورجيا للتكنولوجيا و جلين لايتسي، معهد جورجيا للتكنولوجيا
اقرأ المزيد:
كريستوفر كار هو جزء من الفريق العلمي لمهمة Rocket Lab إلى كوكب الزهرة (بتمويل من Schmidt Sciences وNASA). مزيد من المعلومات متاحة على https://www.morningstarmissions.space/rocketlabmissiontovenus
لا يعمل جلين لايتسي لدى أي شركة أو مؤسسة أو يستشيرها أو يمتلك أسهمًا فيها أو يتلقى تمويلًا منها قد تستفيد من هذه المقالة، ولم يكشف عن أي انتماءات ذات صلة بعد تعيينه الأكاديمي.