طارد حلم الانصهار النووي بعض من ألمع عقول العالم لعقود. من السهل معرفة السبب – إن تكرار الأعمال الداخلية للنجوم هنا على الأرض يعني الطاقة النظيفة غير المحدودة تقريبًا.
على الرغم من تاريخ طويل من المحاولات ، والعديد من الاختراقات ، لم يتحول الحلم إلى الواقع بعد ، ومن المحتمل أن نكون على بعد سنوات عديدة من رؤية محطة توليد الكهرباء في أي مكان على هذا الكوكب.
قد يبدو تنفيذ العملية في الفضاء مثل إضافة طبقة إضافية من التعقيد إلى تقنية معقدة بالفعل ، ولكن يمكن أن يحدث نظريًا في وقت أقرب من الأرض. ويمكن أن تساعد المركبات الفضائية على تحقيق سرعات تصل إلى 500000 ميل (805000 كيلومتر) في الساعة – أكثر من أسرع كائن تم بناؤه على الإطلاق ، مسبار شمسية باركر في ناسا ، والذي بلغ ذروته على ارتفاع 430،000 ميل (692،000 كيلومتر) في الساعة.
من خلال التمويل من وكالة الفضاء في المملكة المتحدة ، كشفت شركة British Startup Pulsar Fusion النقاب عن Sunbird ، وهو مفهوم الصواريخ الفضائية المصمم لتلبية المركبات الفضائية في المدار ، وربطها ، وحملها إلى وجهتها بسرعة كبيرة باستخدام الاندماج النووي.
يقول ريتشارد دينان ، مؤسس ورئيس تنفيذي لشركة Pulsar: “من غير الطبيعي للغاية القيام بالانصهار على الأرض”. “لا يريد الاندماج العمل في جو. الفضاء هو مكان أكثر منطقية ومعقولة للقيام بالانصهار ، لأن هذا هو المكان الذي يريد أن يحدث على أي حال.”
في الوقت الحالي ، أصبحت Sunbird في المراحل المبكرة جدًا من البناء ولديها تحديات هندسية استثنائية للتغلب عليها ، لكن Pulsar تقول إنها تأمل في تحقيق الاندماج في المدار لأول مرة في عام 2027. إذا أصبح الصاروخ يعمل على الإطلاق ، فقد يقطع يوم واحد من وقت رحلة المحتملة إلى المريخ إلى النصف.
مجرد غرامات من الوقود
يختلف الانصهار النووي عن الانشطار النووي ، وهو ما يشغل محطات الطاقة النووية الحالية. يعمل الانشطار عن طريق تقسيم العناصر الإشعاعية الثقيلة مثل اليورانيوم إلى أعطال أخف ، باستخدام النيوترونات. يتم استخدام الكمية الهائلة من الطاقة المنبعثة في هذه العملية لصنع الكهرباء.
الانصهار يفعل العكس: فهو يجمع بين عناصر الضوء جدا مثل الهيدروجين في أعقدة ، باستخدام درجة حرارة عالية والضغط. يقول دينان: “الشمس والنجوم كلها مفاعلات انصهار”. “إنها طباخات عناصر – طهي الهيدروجين في الهيليوم – ثم عندما تموت ، فإنها تخلق العناصر الثقيلة التي تشكل كل شيء. في نهاية المطاف الكون هو في الغالب هيدروجين والهيليوم ، وكل شيء آخر تم طهيه في نجم بواسطة الاندماج.”
يتم البحث عن الاندماج لأنه يطلق طاقة أكثر من أربعة أضعاف من الانشطار ، وأربعة ملايين مرة طاقة أكثر من الوقود الأحفوري. ولكن على عكس الانشطار ، لا يتطلب الاندماج مواد مشعة خطيرة – بدلاً من ذلك ، فإن مفاعلات الاندماج ستستخدم الديوتيريوم والتريتيوم ، وذرات الهيدروجين الثقيلة التي تحتوي على نيوترونات إضافية. كانوا يعملون على كميات دقيقة من الوقود ولا تنتج أي نفايات خطيرة.
ومع ذلك ، يتطلب الاندماج الكثير من الطاقة لبدء ، لأنه يجب إنشاء ظروف مماثلة لنجم النجم – درجة حرارة وضغط عالية للغاية ، إلى جانب الحبس الفعال للحفاظ على رد الفعل. كان التحدي على الأرض هو خلق طاقة أكثر من الانصهار أكثر مما تم وضعه في البداية ، لكن حتى الآن بالكاد كسرنا.
تبحث منظمات متعددة في استخدام الانصهار النووي كمصدر للطاقة على الأرض. في الصورة ، قسم من JT-60SA ، أكبر مفاعل اندماج نووي تجريبي في العالم ، في معهد Naka Fusion ، اليابان. – Philip Fong /AFP /Getty Images
ولكن إذا لم يكن توليد الطاقة هو الهدف ، فإن الأمور تصبح أقل تعقيدًا ، كما يقول دينان – الهدف الأكثر بساطة المتمثل في إنشاء سرعة عادم أسرع.
التفاعلات التي تدوم الاندماج النووي داخل البلازما – غاز ساخن مشحون كهربائيا. تمامًا مثل المفاعلات المقترحة على الأرض ، فإن Sunbird ستستخدم مغناطيسًا قويًا لتسخين البلازما وخلق الظروف للوقود – الذي سيكون بترتيب غرام – لتحطيم بعضها البعض. ولكن بينما تكون المفاعلات الموجودة على الأرض دائرية ، لمنع الجزيئات من الهروب ، على Sunbird ، ستكون خطية – لأن الجزيئات الهاربة ستدفع المركبة الفضائية.
أخيرًا ، لن ينتج النيوترونات من تفاعل الانصهار ، والتي تستخدم المفاعلات على الأرض لتوليد الحرارة ؛ ستستخدم Sunbird بدلاً من ذلك نوعًا أكثر تكلفة من الوقود يسمى Helium-3 لصنع البروتونات ، والتي يمكن استخدامها كـ “عادم نووي” لتوفير الدفع.
يقول دينان إن عملية Sunbird ستكون باهظة الثمن وغير مناسبة لإنتاج الطاقة على الأرض ، ولكن نظرًا لأن الهدف هو جعل الطاقة ، فقد تكون العملية غير فعالة ومكلفة ، ولكنها لا تزال ذات قيمة لأنها ستوفر تكاليف الوقود ، وتقلل من وزن المركبات الفضائية والوصول إليها إلى وجهتها بشكل أسرع بكثير.
قطع أوقات الرحلة
ستعمل Sunbirds بشكل مشابه لدراجات المدينة في محطات الإرساء ، وفقًا ل Dinan: “نطلقها في الفضاء ، وسيكون لدينا محطة شحن حيث يمكنهم الجلوس ثم مقابلة سفينتك” ، كما يقول. “يمكنك إيقاف تشغيل محركات الاحتراق غير الفعالة ، وتستخدم الاندماج النووي للجزء الأكبر من رحلتك. من الناحية المثالية ، سيكون لديك محطة في مكان ما بالقرب من المريخ ، ولديك محطة على مدار الأرض المنخفض ، و (Sunbirds) ستذهب ذهابًا وإيابًا.”
يقوم ريتشارد دينان الرئيس التنفيذي لشركة Pulsar ومهندس الأبحاث Bilge Kacmaz بفحص غرفة فراغ تستخدم لتقليد ظروف الفضاء لاختبارات دفع الانصهار. – اندماج النبض
ستحصل بعض المكونات على مظاهرة مدار هذا العام. يقول دينان: “إنها في الأساس لوحات دوائر ترتفع للاختبار ، للتأكد من أنها تعمل. ليست مثيرة للغاية ، لأنه لا يوجد اندماج ، لكن علينا القيام بذلك”. “ثم ، في عام 2027 ، سنرسل جزءًا صغيرًا من Sunbird في المدار ، فقط للتحقق من أن الفيزياء تعمل لأن الكمبيوتر يفترض أنها تعمل. هذا هو أول مظاهرة لدينا في المدار ، حيث نأمل أن نفعل الاندماج في الفضاء. ونأمل أن تكون Pulsar أول شركة تحقق ذلك بالفعل.”
سيكلف هذا النموذج الأولي حوالي 70 مليون دولار ، وفقًا ل Dinan ، ولن يكون Sunbird كاملًا ، بل “تجربة اندماج خطية” لإثبات المفهوم. ويقول إن أول Sunbird الوظيفي سيكون جاهزًا بعد أربع إلى خمس سنوات ، كما يقول ، شريطة أن يكون التمويل الضروري مضمونًا.
في البداية ، سيتم تقديم Sunbirds للأقمار الصناعية المكوكية في المدار ، ولكن إمكاناتها الحقيقية ستلعب دورها مع المهام بين الكواكب. توضح الشركة بعض الأمثلة على المهمات التي يمكن أن تفتحها Sunbird ، مثل توصيل ما يصل إلى 2000 كيلوغرام (4400 رطل) من البضائع إلى المريخ في أقل من ستة أشهر ، ونشر تحقيقات إلى Jupiter أو زحل في سنتان من قبل 5.5 عامًا ، وينتقل إلى مينغ ، ويتم إطلاقها إلى جولة في عام 2024 في عام 2024. كويكب قريبة من الأرض في عام إلى عامين بدلاً من ثلاثة.
تعمل الشركات الأخرى على محركات الاندماج النووي لدفع الفضاء ، بما في ذلك Helicity Space ومقرها باسادينا ، والتي حصلت على استثمارات من شركة Aerospace Giant Lockheed Martin في عام 2024. تعمل Atomics المتمركزة في سان دييغو ووكالة ناسا على نوع آخر من النماذج في MARITOR للانشطار بدلاً من الانصهار-وهو ما يخططون للاختبار في الفضاء في الفضاء.
وفقًا لما قاله آرون نول ، وهو محاضر كبير في مجال الدفع للبلازما في المركبات الفضائية في إمبراطوريات كوليدج لندن ، والذي لا يشارك في الانصهار النابض ، هناك إمكانية كبيرة لتسخير قوة الاندماج لدفع المركبات الفضائية. يقول: “على الرغم من أننا لا نزال على بعد بضع سنوات من جعل Fusion Energy تقنية قابلة للحياة لتوليد الطاقة على الأرض ، فإننا لا نحتاج إلى الانتظار لبدء استخدام مصدر الطاقة هذا لدفع المركبة الفضائية”.
ويضيف أنه لتوليد الطاقة على الأرض ، يجب أن يكون كمية ناتج الطاقة أكبر من مدخلات الطاقة. ولكن عند استخدام قوة الاندماج على المركبة الفضائية لتوليد الدفع ، يكون أي ناتج الطاقة مفيدًا – حتى لو كان أقل من الطاقة التي يتم توفيرها. كل هذه الطاقة مجتمعة ، القادمة من إمدادات الطاقة الخارجية وردود فعل الانصهار معًا ، ستعمل على زيادة دفع وكفاءة نظام الدفع.
ومع ذلك ، يضيف ، هناك عقبات تقنية كبيرة في جعل تكنولوجيا الاندماج في الفضاء حقيقة واقعة. يقول: “إن تصاميم مفاعل الاندماج الحالية على الأرض هي أنظمة كبيرة وثقيلة ، تتطلب بنية تحتية للمعدات الداعمة ، مثل تخزين الطاقة ، وإمدادات الطاقة ، وأنظمة توصيل الغاز ، والمغناطيس ومعدات ضخ الفراغ”. “مصغر هذه الأنظمة وجعلها خفيفة الوزن يمثل تحديًا هندسيًا كبيرًا.”
بوفيانا سرينيفاسان ، أستاذ ملاحة الطيران والفضاء في جامعة واشنطن ، الذي لا يشارك أيضًا في نبضات النبض ، يوافق على أن تدافع الاندماج النووي يحمل وعدًا كبيرًا لضوء الفضاء. وتقول: “بشكل تدريجي ولكن بشكل كبير”. ومع ذلك ، فإنها تشير أيضًا إلى الصعوبات في جعلها مضغوطة وخفيفة الوزن ، وهو تحد هندسي إضافي وهو اعتبار أقل للطاقة الأرضية.
فتح دفع الانصهار ، وفقًا لسرينيفاسان ، لن يسمح للبشر فقط بالسفر إلى أبعد من ذلك ، ولكن يكونون مغيرًا للألعاب للبعثات غير المتوفرة ، على سبيل المثال لجمع الموارد مثل الهيليوم -3 ، وهو وقود اندماج نادر على الأرض ، ويجب أن يتم إنشاؤه بشكل مصنع ، لكن قد يكون وفيرًا على القمر: ” وتقول: “لا تقدر بثمن”.
“إن استكشاف الكواكب والأقمار وأنظمة الطاقة الشمسية أبعد ما يكون أمرًا أساسيًا لطبيعتنا الفضولية والاستكشافية كبشر بينما يحتمل أيضًا أن يؤدي إلى فائدة مالية ومجتمعية كبيرة بطرق قد لا ندركها بعد”.
لمزيد من الأخبار والنشرات الإخبارية CNN قم بإنشاء حساب في CNN.com