يمكن أن تستخدم الأقمار الصناعية التي تعمل بالمعادن الصلبة ذات يوم غير مرغوب فيها للوقود

يزدحم المساحة – لقد وضع البشر أكثر من 20.000 من الأقمار الصناعية في المدار منذ بداية عصر الفضاء ، وهناك خطط لإطلاق الآلاف خلال السنوات القليلة المقبلة.

بعض تلك الأقمار الصناعية قد أحرقت بالفعل في الجو أو سقطت إلى الأرض ، وغالبًا ما تكون في المحيط ، ولكن أكثر من 13000 لا يزال هناك. حوالي الخامسة غير نشطة ، ببساطة تدور كأنه غير مرغوب فيه. على مدار العقدين الماضيين ، اصطدمت مئات هذه الأقمار الصناعية الميتة لإنشاء ملايين من القطع من الشظايا.

هذا يخلق خطرًا مستمرًا للتصادم للأقمار الصناعية النشطة وللحطة الفضائية الدولية – وهي مشكلة شديدة لدرجة أن العديد من شبكات المراقبة في جميع أنحاء العالم تشاهد عن كثب الآلاف من الأشياء الكبيرة ، لنقل المركبات الفضائية إلى الخارج عند الحاجة.

يتطلب التهديد المتزايد من حطام الفضاء كل من المناورة العالية في المدار وتقليل كمية غير المرغوب فيها. تدعي شركة Magdrive Startup البريطانية أنها يمكن أن تساعد مع كليهما ، من خلال نظام الدفع الجديد للمركبة الفضائية التي ستطلق في الفضاء لأول مرة في وقت لاحق من هذا العام وسيتم تغذيتها بالمعادن الصلبة.

يقول مارك ستوكس ، الذي شارك في تأسيس Magdrive في عام 2019: “أردنا أن نبني شيئًا ما نقل الإبرة من أجل الإنسانية حقًا في صناعة الفضاء ، ودعونا نتسلق درجات السلم إلى أن تصبح حضارة من الفضاء”.

تعمل Magdrive على ثلاثة إصدارات من مساحاتها المساحة ، ولأنها تعمل على المعدن الصلب ، فقد يتم تشغيلها في يوم من الأيام بواسطة خردة الفضاء التي تم جمعها مباشرة في المدار ، وتحولها من التهديد إلى مصدر الوقود.

“أفضل ما في العالمين”

تحتاج الأقمار الصناعية إلى أنظمة الدفع لعدة أسباب ، بما في ذلك التغيير إلى مدار مختلف ، للتعويض عن السحب في الغلاف الجوي الذي من شأنه أن يزعزع استقرار المدار الذي يقومون به ، لتجنب الحطام ، وفي النهاية التخلص من أنفسهم.

غالبية أنظمة دفع الأقمار الصناعية هي حاليًا إما كيميائية أو كهربائية ، ولكن وفقًا لما ذكره ستوكس ، فإن كلاهما لهما جوانب سلبية: “إن الدفع الكيميائي له قوة دفع عالية للغاية ، لكن كفاءته – أو أمياله لكل جالون ، إذا أردت -“. “من ناحية أخرى ، فإن أنظمة الدفع الكهربائية هذه الأيام لها خصائص معاكسة كاملة.

يقول ستوكس ، إن أكبر طموحات للإنسانية لاقتصاد الفضاء ، بما في ذلك تعدين الكويكبات ، والبروكات القمر الصناعي الكبيرة ومحطات البناء في المدار هي ، بعيدا عن متناول الآن لأن أنظمة الدفع هذه تتطلب مفاضلة بين القوة والكفاءة-وهو قرار يجب اتخاذه حتى قبل إطلاق القمر الصناعي.

ويضيف: “نحن نبني أول نظام من نوعه لديه أفضل ما في العالمين”. “إنه دفع كهربائي ، لكن لديه تحسن في التوجه ، مع انخفاض حجم الحجم والكتلة”.

من المقرر أن يتم إطلاق أول تجسد لنظام Magdrive – المسمى Warlock – إلى المدار في يونيو 2025. إنه يعمل عن طريق إنشاء الطاقة باستخدام الألواح الشمسية على متن الطائرة ، تمامًا مثل أنظمة الدفع الكهربائية الحالية. ولكن في حين أن الأنظمة الكهربائية الحالية تستخدم القدرة على التأين ، أو تفجيرها ، فإن الغاز المضغوط – غالبًا ما يكون مادة كيميائية سامة تسمى الهيدرازين – يستخدمها Magdrive لتأين المعادن الصلبة.

يقول ستوكس: “هذا له الكثير من المزايا ، كما يمكنك أن تتخيل”. المعدن كثيف للغاية ، مما يعني أنه يستغرق مساحة أقل على متن الطائرة من الخزان الذي يحتوي على غاز مضغوط. ويضيف أن ذلك سيجعل الحياة أسهل بالنسبة لمصنعي الأقمار الصناعية ، الذين يعتبرون الدبابات المضغوطة “صداعًا” حيث يصعب العمل معهم ويمكنهم التسبب في انفجارات إذا تمزق ، في حين أن المعدن خامل ولا يعاني من أي تدهور مع مرور الوقت. في الوقت الحالي ، يستخدم Magdrive النحاس ، الذي تم اختياره لأنه رخيص نسبيًا ومتاحًا على نطاق واسع ، على الرغم من أن أي معدن سيقوم بهذه المهمة ، وفقًا لـ Stokes.

بمجرد الانفجار ، يتم تحويل المعدن إلى بلازما ساخنة وكثيفة للغاية ، أو غاز مشحون كهربائيًا. “ما تحصل عليه هو أن هذا البلازما النحاسية النشطة للغاية تغادر الجزء الخلفي من القلق” ، يستمر ستوكس ، الذي يتحرك في الاتجاه المعاكس.

تغذيها غير المرغوب فيها؟

في الوقت الحالي ، النظام غير صالح للتزود بالوقود. ومع ذلك ، في المستقبل البعيدة ، يعتقد ستوكس أن النظام يمكن أن يحصل على وقوده من خردة الفضاء الحالية ، من خلال حصاد الأقمار الصناعية الميتة لاستخدام المعادن كدافع – على الرغم من أن هذه الخطة هي فقط افتراضية فقط. يقول ستوكس: “إن الاستفادة من ذلك هو أننا سنكون قادرين على إغلاق الحلقة على الاقتصاد الجديد لسن الفضاء باستخدام الموارد الموجودة بالفعل”.

ويضيف ستوكس ، أن نظام الدفع الوحيد الذي لا يجب أن يأخذه على طول وقوده في كل مرة. يقول: “في الوقت الحالي ، يحتاج كل قمر صناعي إلى إحضار دافعه من الأرض ، وهذا يشبه بناء قطار جديد في كل مرة تغادر فيها المحطة”.

تهدف الشركة إلى أول نشر تجاري لها بحلول العام المقبل ، واستهداف العملاء مع مجموعة واسعة من الاحتياجات: “نحن نبني قطعة موحدة من الأجهزة التي يمكن أن تتناسب مع أي قمر صناعي – لذلك أي شخص في صناعة الفضاء بأكملها” ، يوضح Stokes. يقول: “يتضمن ذلك مجموعة متنوعة من التطبيقات المختلفة ، من مراقبة الأرض إلى خدمة الأقمار الصناعية إلى الاتصالات” ، ويمكن استخدامها على الأقمار الصناعية التي تزن أي شيء من 10 كيلوغرامات (22 رطلاً) حتى 400 كيلوغرام (880 رطلاً).

تحديات كبيرة

وفقًا لما قاله مينكوان كيم ، أستاذ مشارك في رواد الفضاء بجامعة ساوثهامبتون ، في المملكة المتحدة ، الذي شارك في مشاريع البحث والتعاون مع Magdrive ، يوفر استخدام الوقود المعدني الصلب تخزينًا مبسطة ومعالجة مقارنة بالغاز أو الدافعين السائل. إنه يسمح بتصميم بسيط مناسب بشكل خاص للإنتاج الضخم ، مما يخلق مسارًا قابلاً للتطبيق لتصنيعها الضخمة المستقبلية التي تتطلب تصنيع الأقمار الصناعية على نطاق واسع.

“ومع ذلك ، يمثل استخدام الدافع المعدني تحديًا كبيرًا: التلوث السطحي ، خاصة بالنسبة للألواح الشمسية والأنظمة البصرية” ، يضيف. نظرًا لأن البلازما المعدنية يتم إنتاجها أثناء التشغيل ، يمكنها بسهولة الإيداع على الأسطح ، مما قد يؤثر على الأداء الكلي للمركبة الفضائية.

يقول ستوكس إنه في نظام Magdrive ، يتم استهلاك الوقود المعدني تمامًا أثناء التفاعل ، ولكن بعد ذلك يعيد تجميع ما يسميه “مواد خاملة مشتتة” ، وهو ما يقول إنه يحمل فقط خطرًا صغيرًا لتلويث الأسطح القريبة بسبب سرعة الخروج للجزيئات – “لا شيء يقلقه بشكل مفرط بشأن وجود مكونات أخرى أو على سوالق أخرى”.

ويضيف كيم ، أن ضمان توليد الدفع الموثوق والمتسق ، يمثل تحديًا آخر ، خاصة بالنسبة للمناورة الدقيقة. دورات التدفئة والتبريد التي يمر بها الوقود المعدني أثناء توليد الدفع يمكن أن يغير بنية البلورة الذرية ، مما يؤثر على أدائه كدافع. للحفاظ على إخراج الاتجاه الموحد ، ستكون هناك حاجة إلى نظام مراقبة ومراقبة دقيق ، مما يضيف التعقيد إلى النظام.

بالنسبة لاستخدام حطام الفضاء كوقود ، يقول كيم إنه ممكن من الناحية النظرية ، ولكن هناك تحديات تقنية وتنظيمية كبيرة. الأول هو أنه على الرغم من أن خردة الفضاء قد تبدو كموارد مجانية ، إلا أن معاهدة الفضاء الخارجية للأمم المتحدة (OST) تنص على أن ملكية الأشياء التي تم إطلاقها في الفضاء تظل دون تغيير ، حتى لو أصبحت حطامًا. هذا يعني أن الإذن من المالك الأصلي مطلوب قبل إعادة تدوير القمر الصناعي. بالإضافة إلى ذلك ، تحتوي بعض الأقمار الصناعية على بيانات حساسة أو تقنية ملكية ، مما يجعل المالكين مترددين في منح الوصول. أخيرًا ، يتحمل الدولة التي تنطلق مسؤولية أي حوادث ناتجة عن قمر صناعي معاد تدويره ، مما يضيف طبقة أخرى من التعقيد القانوني.

ثم هناك القضايا العملية ، كما يقول كيم: “إن الأقمار الصناعية التي يتم إيقافها لا يمكن السيطرة عليها وغالبًا ما تتطلب الاسترجاع. وأضاف كيم أن هذه الأقمار الصناعية ليست مصنوعة من المعادن فقط ولكن أيضًا مواد مثل السيليكون والبوليمرات ، وهي مشكلة لأن جودة ونقاء الدافعين المعدني يؤثر بشكل مباشر على أداء الدفع ، لذلك دون السيطرة الدقيقة على تكوين المعدن الذي تم جمعه ، سيكون تحقيق دفع موثوق به ومتوقع.

“ونتيجة لذلك ، في حين أن المعدن المشتق من الفضاء غير المرغوب فيه قد يكون مناسبًا للمناورات غير المحددة مثل إزالة الغموض ، فمن غير المرجح أن يكون قابلاً للتطبيق للدفع عالي الدقة.”

لمزيد من الأخبار والنشرات الإخبارية CNN قم بإنشاء حساب في CNN.com