منذ فجر عصر الفضاء – إطلاق سبوتنيك 1 في عام 1957 – أرسل البشر أكثر من 15 ألف قمر صناعي إلى المدار. ولا يزال ما يزيد قليلاً عن النصف يعمل؛ أما البقية، بعد نفاد الوقود وانتهاء حياتهم الصالحة للخدمة، فقد احترقوا في الغلاف الجوي أو ما زالوا يدورون حول الكوكب ككتل معدنية عديمة الفائدة.
وعلى هذا النحو، فإنها تشكل تهديدًا لمحطة الفضاء الدولية والأقمار الصناعية الأخرى، حيث تقدر وكالة الفضاء الأوروبية أن أكثر من 640 “تفككًا أو انفجارًا أو تصادمًا أو حدثًا شاذًا أدى إلى التشظي” قد حدث حتى الآن.
وقد أدى ذلك إلى خلق هالة من النفايات الفضائية حول الكوكب، مكونة من 36500 جسم أكبر من 10 سنتيمترات (3.94 بوصة) و130 مليون قطعة يصل حجمها إلى سنتيمتر واحد (0.39 بوصة). إن تنظيف هذا الحطام أمر مكلف ومعقد، وهناك عدة خطط للقيام بذلك ولكن لا توجد نتائج ملموسة حتى الآن.
إحدى الطرق للبدء في معالجة المشكلة هي التوقف عن إنتاج المزيد من النفايات، عن طريق إعادة تزويد الأقمار الصناعية بالوقود، بدلاً من إيقاف تشغيلها بمجرد نفاد الطاقة.
يقول دانييل فابر، الرئيس التنفيذي لشركة Orbit Fab: “في الوقت الحالي، لا يمكنك تزويد قمر صناعي بالوقود في مداره”. لكن شركته التي يقع مقرها في كولورادو تريد تغيير ذلك.
يوضح فابر: “عندما ينفد وقود الأقمار الصناعية، لا يمكنك الاحتفاظ بها في المكان المناسب في المدار، فتتحول إلى حطام خطير، وتطفو بسرعات عالية جدًا وتخاطر بالاصطدام”. “ولكن أيضًا نقص الوقود يخلق نموذجًا كاملاً حيث يصمم الناس مهمات مركباتهم الفضائية حول التحرك بأقل قدر ممكن.
“وهذا يعني أنه لا يمكن أن يكون لدينا شاحنات سحب في المدار للتخلص من أي حطام قد تبقى. لا يمكننا إجراء الإصلاحات والصيانة، ولا يمكننا ترقية أي شيء. لا يمكننا فحص أي شيء إذا انكسر. هناك الكثير من الأشياء التي لا يمكننا القيام بها ونعمل بطريقة مقيدة للغاية. هذا هو الحل الذي نحاول تقديمه.”
جراحة الفضاء
كانت وكالة ناسا رائدة في مفهوم إعادة التزود بالوقود وخدمة الأقمار الصناعية في المدار في عام 2007، عندما أطلقت – بالتعاون مع DARPA (الذراع البحثي لوزارة الدفاع الأمريكية) وبوينج – Orbital Express، وهي مهمة تتضمن قمرين صناعيين مصممين خصيصًا لهذا الغرض. تم الالتحام وتبادل الوقود بنجاح. وفي وقت لاحق، عملت ناسا على مهمة التزود بالوقود الروبوتية (RRM)، والتي استكشفت بشكل أكبر تحديات إعادة تزويد الأقمار الصناعية الموجودة بالوقود.
تعمل الوكالة الآن على OSAM-1، الذي كان من المقرر إطلاقه في عام 2026 وسيحاول الاستيلاء على Landsat-7 وإعادة تزويده بالوقود، وهو قمر صناعي لمراقبة الأرض نفد غازه.
يقول فابر: “هذه مهمة لتزويد قمر صناعي بالوقود لم يكن جاهزًا للتزود بالوقود”. “لذلك يتعين عليهم إجراء عملية جراحية على القمر الصناعي، وقطعه للوصول إلى أنابيب الوقود. وهذا يسمح بقدرة مذهلة على إصلاح الأقمار الصناعية، ولكن ذلك يأتي بثمن. وقالت ناسا إن OSAM-1 سيكلف حوالي 2 مليار دولار في المجموع.
ليس لدى Orbit Fab أي خطط للتعامل مع الأسطول الحالي من الأقمار الصناعية. بدلاً من ذلك، تريد التركيز على تلك التي لم يتم إطلاقها بعد، وتزويدها بمنفذ موحد – يسمى RAFTI، لواجهة نقل السوائل السريعة القابلة للربط – والتي من شأنها تبسيط عملية التزود بالوقود بشكل كبير، مع إبقاء السعر منخفضًا.
يقول فابر: “ما نتطلع إلى القيام به هو إنشاء بنية منخفضة التكلفة”. “لا يوجد منفذ وقود متاح تجاريًا لتزويد القمر الصناعي بالوقود في مداره حتى الآن. على الرغم من كل التطلعات الكبيرة التي لدينا بشأن اقتصاد الفضاء الصاخب، فإن ما نعمل عليه حقًا هو غطاء الغاز – نحن شركة ذات غطاء غاز.
تعمل شركة Orbit Fab، التي تعلن عن نفسها تحت شعار “محطات الوقود في الفضاء”، على نظام يتضمن ميناء الوقود، ومكوكات إعادة التزود بالوقود – والتي من شأنها توصيل الوقود إلى القمر الصناعي المحتاج – وناقلات التزود بالوقود، أو محطات الوقود المدارية، التي يمكن للمكوكات التقاط الوقود منها. وقد أعلنت عن سعر قدره 20 مليون دولار لتوصيل الهيدرازين إلى المدار، وهو وقود الأقمار الصناعية الأكثر شيوعًا.
وفي عام 2018، أطلقت الشركة وحدتي اختبار إلى محطة الفضاء الدولية لاختبار الواجهات والمضخات والسباكة. وفي عام 2021، أطلقت شركة Tanker-001 Tenzing، وهي عبارة عن نموذج توضيحي لمستودع الوقود كان بمثابة مصدر إلهام لتصميم الأجهزة الحالية.
ومن المقرر الآن أن يتم الإطلاق التالي في عام 2024. ويقول فابر: “نحن نقوم بتوصيل الوقود إلى المدار الثابت بالنسبة للأرض لمهمة ينفذها مختبر أبحاث القوات الجوية”. “في الوقت الحالي، يتعاملون معها على أنها مظاهرة، لكنها تحظى باهتمام كبير من جميع أنحاء الحكومة الأمريكية، من الأشخاص الذين يدركون قيمة التزود بالوقود”.
سيكون أول عميل خاص لشركة Orbit Fab هو شركة Astroscale، وهي شركة يابانية لخدمات الأقمار الصناعية قامت بتطوير أول قمر صناعي مصمم للتزود بالوقود. يُطلق عليه اسم LEXI، وسيعمل على تركيب منافذ RAFTI ومن المقرر حاليًا إطلاقه في عام 2026.
نهج الأصلي
وفقًا لسيمون داميكو، الأستاذ المشارك في علم الملاحة الفضائية في جامعة ستانفورد، والذي لا ينتمي إلى Orbit Fab، فإن الخدمة في المدار هي أحد المفاتيح لضمان التنمية الآمنة والمستدامة للفضاء. هل يمكنك أن تتخيل بنية تحتية للتنقل الأرضي والطرق والمدن دون محطات الوقود ومحلات تصليح السيارات؟ هل يمكنك أن تتخيل السيارات أو الطائرات ذات الاستخدام الواحد؟ سأل. “إن تطوير البنية التحتية الفضائية وانتشار الأصول الفضائية يصل إلى حجم حرج لم يعد مستدامًا دون تغيير النموذج.”
ويضيف داميكو أن هناك العديد من الأسباب وراء عدم حدوث ذلك في وقت سابق، بما في ذلك، حتى وقت قريب، الافتقار إلى الحاجة الملحوظة نظرا للعدد المحدود من المركبات الفضائية، وحقيقة أن تكنولوجيا الخدمة في المدار أصبحت الآن فقط قابلة للتطبيق اقتصاديا بسبب التقدم في تصغير الأقمار الصناعية.
وهو يعتقد أن Orbit Fab هو منتج أصلي، خاصة من منظور التسويق. ويقول: “إنها على الأرجح الشركة الوحيدة في العالم التي أعدت نفسها لنشر “محطات الوقود” في المدار”. “أعتقد أن نهج Orbit Fab يتسم برؤية ثاقبة حقًا ويمكن أن يؤتي ثماره على المدى المتوسط إلى الطويل. ومع ذلك، فإن الأمر ينطوي على مخاطر كبيرة على المدى القصير، حيث يجب تصميم الأقمار الصناعية مع الأخذ في الاعتبار إمكانية إعادة الاستخدام والتزود بالوقود.
في البداية، تخطط Orbit Fab للعثور على سوقها كمورد للوقود لشركات، مثل Astroscale، التي تخطط لفحص وإصلاح وتحديث الأقمار الصناعية في المدار، أو القيام بجمع الحطام. ووفقاً لفابر، فإن النجاح في هذا القطاع يمكن أن يقنع شركات الاتصالات الكبرى، التي تشغل عدداً كبيراً من الأقمار الصناعية، بتغيير نموذج أعمالها وتبني إعادة التزود بالوقود والخدمة.
ويضيف أنه بمجرد تحديد نمط إرسال وتوصيل الوقود إلى المدار، فإن الخطوة التالية هي البدء في صنع الوقود هناك. ويقول: “في غضون 10 أو 15 عامًا، نرغب في بناء مصافي تكرير في المدار، لمعالجة المواد التي يتم إطلاقها من الأرض وتحويلها إلى مجموعة من المواد الكيميائية التي يرغب الناس في شرائها: الهواء والماء لمحطات الفضاء التجارية، المعادن الخام للطابعة ثلاثية الأبعاد لزراعة النباتات. نريد أن نكون المورد الكيميائي الصناعي لصناعة الفضاء التجارية الناشئة.
لمزيد من الأخبار والنشرات الإخبارية لـ CNN، قم بإنشاء حساب على CNN.com