تزن معظم الأقمار الصناعية CubeSats أقل من وزن كرة البولينج، وبعضها صغير بما يكفي لحمله في يدك. لكن تأثير هذه الأدوات على استكشاف الفضاء هائل. تُحدث CubeSats – وهي أقمار صناعية صغيرة الحجم ورشيقة ورخيصة – ثورة في كيفية دراسة العلماء للكون.
إن CubeSat ذو الحجم القياسي صغير الحجم، حيث يبلغ وزنه حوالي 4 أرطال (حوالي 2 كجم). بعضها أكبر، وربما أربعة أضعاف الحجم القياسي، ولكن البعض الآخر لا يزيد وزنه عن رطل.
باعتباري أستاذًا في الهندسة الكهربائية وهندسة الكمبيوتر ويعمل على تقنيات الفضاء الجديدة، يمكنني أن أخبرك أن CubeSats هي وسيلة أبسط وأقل تكلفة بكثير للوصول إلى عوالم أخرى.
بدلاً من حمل العديد من الأدوات ذات مجموعة واسعة من الأغراض، تركز هذه الأقمار الصناعية ذات الحجم القزمي عادة على هدف علمي واحد محدد – سواء اكتشاف الكواكب الخارجية أو قياس حجم الكويكب. فهي ميسورة التكلفة في جميع أنحاء مجتمع الفضاء، حتى بالنسبة للشركات الناشئة الصغيرة والشركات الخاصة والمختبرات الجامعية.
أقمار صناعية صغيرة، مزايا كبيرة
تعتبر مزايا CubeSats مقارنة بالأقمار الصناعية الأكبر حجمًا كبيرة. تعتبر CubeSats أرخص في التطوير والاختبار. إن توفير الوقت والمال يعني المزيد من المهام المتكررة والمتنوعة بالإضافة إلى تقليل المخاطر. وهذا وحده يزيد من وتيرة الاكتشاف واستكشاف الفضاء.
لا تسافر CubeSats بقوتها الخاصة. بدلاً من ذلك، يركبون؛ تصبح جزءًا من حمولة مركبة فضائية أكبر. يتم حشوها في حاويات، ثم يتم إخراجها إلى الفضاء بواسطة آلية زنبركية متصلة بموزعاتها. بمجرد وصولهم إلى الفضاء، يتم تشغيلهم. عادةً ما تنهي CubeSats مهامها بالاحتراق عند دخولها الغلاف الجوي بعد أن تتحلل مداراتها ببطء.
مثال على ذلك: قام فريق من الطلاب في جامعة براون ببناء CubeSat في أقل من 18 شهرًا بأقل من 10000 دولار أمريكي. وتم إطلاق القمر الصناعي، الذي يبلغ حجمه حجم رغيف الخبز تقريبًا، وتم تطويره لدراسة المشكلة المتزايدة للحطام الفضائي، على متن صاروخ SpaceX في مايو 2022.
حجم أصغر، غرض واحد
إن إرسال قمر صناعي إلى الفضاء ليس بالأمر الجديد بالطبع. أطلق الاتحاد السوفييتي سبوتنيك 1 إلى مدار الأرض في عام 1957. واليوم، يوجد حوالي 10000 قمر صناعي نشط، وجميعها تقريبًا منخرطة في الاتصالات أو الملاحة أو الدفاع العسكري أو تطوير التكنولوجيا أو دراسات الأرض. عدد قليل فقط – أقل من 3% – يستكشفون الفضاء.
وهذا يتغير الآن. أصبحت الأقمار الصناعية الكبيرة والصغيرة بسرعة العمود الفقري لأبحاث الفضاء. يمكن لهذه المركبات الفضائية الآن السفر لمسافات طويلة لدراسة الكواكب والنجوم، وهي الأماكن التي تكون فيها الاستكشافات البشرية أو هبوط الروبوتات مكلفة أو محفوفة بالمخاطر أو ببساطة مستحيلة في ظل التكنولوجيا الحالية.
لكن تكلفة بناء وإطلاق الأقمار الصناعية التقليدية باهظة. إن مركبة الاستطلاع القمري التابعة لناسا، والتي تم إطلاقها في عام 2009، هي بحجم شاحنة صغيرة تقريبًا وتبلغ تكلفتها ما يقرب من 600 مليون دولار. تبلغ تكلفة مركبة استطلاع المريخ، التي يبلغ طول جناحيها طول حافلة مدرسية، أكثر من 700 مليون دولار. تبلغ تكلفة المسبار الشمسي التابع لوكالة الفضاء الأوروبية، وهو مسبار يبلغ وزنه 4000 رطل (1800 كيلوغرام) مصمم لدراسة الشمس، 1.5 مليار دولار. أما يوروبا كليبر – الذي يبلغ طوله ملعب كرة سلة ومن المقرر إطلاقه في أكتوبر 2024 إلى قمر المشتري يوروبا – فستتكلف في النهاية 5 مليارات دولار.
وهذه الأقمار الصناعية، الكبيرة نسبيًا والمعقدة بشكل مذهل، معرضة لحالات فشل محتملة، وهو أمر غير شائع. في غمضة عين، يمكن أن تضيع سنوات من العمل ومئات الملايين من الدولارات في الفضاء.
استكشاف القمر والمريخ ودرب التبانة
نظرًا لصغر حجمها، يمكن إطلاق CubeSats بأعداد كبيرة في عملية إطلاق واحدة، مما يقلل التكاليف بشكل أكبر. ويعني نشرها على دفعات – المعروفة باسم الأبراج – أن أجهزة متعددة يمكنها إجراء ملاحظات لنفس الظاهرة.
على سبيل المثال، كجزء من مهمة Artemis I في نوفمبر 2022، أطلقت وكالة ناسا 10 أقمار صناعية من نوع CubeSats. تحاول الأقمار الصناعية الآن اكتشاف ورسم خريطة للمياه على القمر. تعتبر هذه النتائج حاسمة، ليس فقط لمهمات أرتميس القادمة ولكن أيضًا للسعي للحفاظ على وجود بشري دائم على سطح القمر. تبلغ تكلفة CubeSats 13 مليون دولار.
رافقت أقمار MarCO CubeSats – اثنان منها – مركبة الهبوط Insight التابعة لناسا إلى المريخ في عام 2018. وكانت بمثابة وسيلة نقل اتصالات في الوقت الفعلي إلى الأرض أثناء دخول Insight ونزولها وهبوطها على سطح المريخ. وكمكافأة، قاموا بالتقاط صور للكوكب بكاميرات ذات زاوية واسعة. تكلفتهم حوالي 20 مليون دولار.
قامت CubeSats أيضًا بدراسة النجوم والكواكب الخارجية القريبة، وهي عوالم خارج النظام الشمسي. في عام 2017، نشر مختبر الدفع النفاث التابع لناسا ASTERIA، وهو قمر صناعي مكعب رصد 55 Cancri e، المعروف أيضًا باسم Janssen، وهو كوكب خارج المجموعة الشمسية أكبر بثماني مرات من الأرض، ويدور حول نجم يبعد عنا 41 سنة ضوئية. ومن خلال إعادة تأكيد وجود هذا العالم البعيد، أصبحت ASTERIA أصغر أداة فضائية على الإطلاق تكتشف كوكبًا خارج المجموعة الشمسية.
هناك مهمتان فضائيتان بارزتان من CubeSat في الطريق: HERA، المقرر إطلاقها في أكتوبر 2024، ستنشر أول CubeSats في الفضاء السحيق لوكالة الفضاء الأوروبية لزيارة نظام الكويكبات Didymos، الذي يدور بين المريخ والمشتري في حزام الكويكبات.
وسيقوم القمر الصناعي M-Argo، المقرر إطلاقه في عام 2025، بدراسة الشكل والكتلة والمعادن السطحية للكويكب الذي سيُطلق عليه اسم قريبًا. سيكون M-Argo، بحجم حقيبة السفر، أصغر قمر CubeSat يقوم بمهمته المستقلة في الفضاء بين الكواكب.
إن التقدم السريع والاستثمارات الكبيرة التي تم إجراؤها بالفعل في مهمات CubeSat يمكن أن تساعد في جعل البشر نوعًا متعدد الكواكب. لكن هذه الرحلة ستكون طويلة، وتعتمد على الجيل القادم من العلماء لتطوير هذا الحلم.
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: مصطفى أكسوي، جامعة ألباني، جامعة ولاية نيويورك
اقرأ المزيد:
يعمل مصطفى أكسوي في جامعة ألباني، وجامعة ولاية نيويورك (SUNY) ومؤسسة الأبحاث التابعة لجامعة ولاية نيويورك. ويتلقى تمويلًا من الإدارة الوطنية للملاحة الجوية والفضاء (NASA)، والمؤسسة الوطنية للعلوم (NSF)، وجامعات أوك ريدج المرتبطة (ORAU). وهو عضو بارز في معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات (IEEE).