علوم القطيف مقالات علمية في شتى المجالات العلمية
How SpaceX’s massive Starship rocket might unlock the solar system—and beyond?
(Jonathan O’Callaghana – بقلم: جوناثان أوكالاغانا)
ملخص المقالة:
صممت شركة “سبيس إكس” سفينة فضائية، ستغير طريقة استكشاف النظام الشمسي، ويبلغ ارتفاعها حوالي 400 قدم، وستنقل رواد فضاء وكالة ناسا إلى القمر. وتتكون من سفينة فضاء عملاقة مزودة بمعزز ضخم، يعرف باسم الثقيل جدا (سوبر هيفي)، ويمكن لكليهما الهبوط مرة أخرى على الأرض ليمكن إعادة استخدامهما. وستكون المركبة بأكملها قادرة على رفع 100 طن متري من البضائع والأشخاص إلى الفضاء في مهام منتظمة منخفضة التكلفة، ويبلغ حجم المساحة القابلة للاستخدام داخل السفينة الفضائية 1000 متر مكعب. ويتحدث العلماء عن إرسال بعثات إلى كوكب نبتون وأكبر أقماره في النظام الشمسي الخارجي، وإعادة كميات هائلة من صخور الفضاء من قمر الأرض وكوكب المريخ، وحتى تطوير طرق مبتكرة لحماية الأرض من الكويكبات القادمة.
( المقالة )
مع أول إطلاق اختبار مداري للسفينة الفضائية في الأفق، يحلم العلماء بما قد يجعل ذلك ممكنا – من الرحلات إلى كوكب نبتون إلى الدفاع الكوكبي.
إذا سارت الأمور كما هو مخطط لها، ستطلق “سبيس إكس” (SpaceX) [شركة استكشاف الفضاء الامريكية تأسست في 2002 ومقرها هورمون بولاية كاليفورنيا] الشهر المقبل [نشرت المقالة في 7 ديسمبر 2021] أكبر صاروخ في تاريخ البشرية. وقد تم تصميم الصاروخ – السفينة الفضائية – الذي يبلغ ارتفاعه حوالي 400 قدم لنقل رواد فضاء وكالة ناسا إلى القمر. ولدى الرئيس التنفيذي لشركة سبيس إكس، إيلون ماسك، طموحات أكبر: إنه يريد استخدام الشركة لتوطين البشر على سطح المريخ.
وقد تم بالفعل صنع الكثير من قدرات السفينة الفضائية البشرية على رحلات الفضاء. ولكن الصاروخ يمكن أن يحدث ثورة أيضا في ما نعرفه عن الكواكب والأقمار المجاورة لنا. ويقول علي برامسون، عالم الكواكب من جامعة بوردو: “ستغير السفينة الفضائية تماما الطريقة التي يمكننا بها استكشاف النظام الشمسي. سينفجر علم الكواكب”.
وإذا كانت ترقى إلى مستوى فواتيرها، فإن العلماء يتحدثون بالفعل عن إرسال بعثات إلى كوكب نبتون وأكبر أقماره في النظام الشمسي الخارجي، وإعادة كميات هائلة من صخور الفضاء من قمر الأرض وكوكب المريخ، وحتى تطوير طرق مبتكرة لحماية الأرض من الكويكبات القادمة.
وتتكون السفينة الفضائية – التي يتم بناؤها في موقع بولاية تكساس يطلق عليه اسم “قاعدة النجوم” – من سفينة فضاء عملاقة مزودة بمعزز ضخم، يعرف باسم الثقيل جدا (سوبر هيفي Super Heavy). يمكن لكليهما الهبوط مرة أخرى على الأرض ليمكن إعادة استخدامهما، مما يقلل التكاليف. وستكون المركبة بأكملها قادرة على رفع 100 طن متري (220,000 رطل) من البضائع والأشخاص إلى الفضاء في مهام منتظمة منخفضة التكلفة. ويبلغ حجم المساحة القابلة للاستخدام داخل السفينة الفضائية 1000 متر مكعب – كبير بما يكفي ليناسب برج إيفل المفكك بأكمله. وجعل هذا العلماء متحمسين. ويقول جيمس هيد، عالم الكواكب من جامعة براون: “السفينة الفضائية، واو”.
وفي منتصف نوفمبر 2021، في حديثه في اجتماع افتراضي متاح للجمهور حول المركبة الفضائية استضافته الأكاديميات الوطنية الأمريكية للعلوم والهندسة والطب، ناقش ماسك الإمكانات العلمية للمشروع. وقال: “من المهم للغاية أن نحاول أن نصبح جنسًا بشريًا متعدد الكواكب في أسرع وقت ممكن”. وتابع: “على طول الطريق، سنتعلم الكثير عن طبيعة الكون”. وذكر ماسك إن السفينة الفضائية يمكن أن تحمل “الكثير من الأجهزة العلمية” على الرحلات الجوية – أكثر بكثير مما هو ممكن حاليا. وأضاف: “سنتعلم كمية هائلة، مقارنة بالاضطرار إلى إرسال مركبات صغيرة إلى حد ما بأجهزة علمية محدودة، وهو ما نقوم به حاليا”. وتابع ماسك: “يمكنك ايصال جسم يبلغ وزنه 100 طن الى سطح أوروبا”.
رخيص وقابل لإعادة الاستخدام
من الأمور الأساسية للعديد من هذه الأفكار أن السفينة الفضائية مصممة لتكون ليست ضخمة فحسب، بل اطلاقها رخيص. وفي حين يجب على وكالات مثل وكالة ناسا ووكالة الفضاء الأوروبية اختيار عدد قليل من البعثات لتمويلها بعناية، مع تكاليف الإطلاق بعشرات أو مئات الملايين من الدولارات، فإن قدرة السفينة الفضائية على تحمل التكاليف يمكن أن تفتح الباب أمام الكثير.
ويقول أندرو ويستفال، المحاضر في الفيزياء في جامعة كاليفورنيا في بيركلي، مع رحلات يحتمل أن تصل إلى مليوني دولار لكل إطلاق: “إن التكلفة المنخفضة للوصول لديها القدرة على تغيير لعبة البحث العلمي حقا، مع رحلات يحتمل أن تصل إلى مليوني دولار لكل إطلاق”، كما يقول أندرو ويستفال، المحاضر في الفيزياء في جامعة كاليفورنيا في بيركلي. ويضيف: “يمكنك أن تتخيل البعثات الممولة من القطاع الخاص واتحادات المواطنين الذين يجتمعون لنقل الأشياء”.
قصة ذات صلة
اختارت وكالة ناسا السفينة الفضائية التابعة لشركة سبيس إكس كمركبة هبوط لنقل رواد الفضاء إلى القمر. وعندما تطأ أقدام رواد الفضاء الأوائل منذ أكثر من 50 عاما القمر، سيركبون إلى السطح على متن السفينة الفضائية.
وعلاوة على ذلك، تتمتع السفينة الفضائية بميزة رئيسية على الصواريخ فائقة الثقل الأخرى قيد التطوير، مثل نظام الإطلاق الفضائي الذي تأخر كثيرا من وكالة ناسا وصاروخ “غلين Glenn” الجديد من “بلو أوريغين Blue Origin” [شركة أمريكية خاصة لصناعة الطيران وشركة خدمات رحلات الفضاء دون المدارية].
وقد تم تصميم النصف العلوي من الصاروخ ليتم تزويده بالوقود في مدار الأرض بواسطة سفن فضائية أخرى، لذلك يمكن تسليم المزيد من قدرته على الرفع إلى المعدات العلمية بدلا من الوقود. وعلى سبيل المثال، قد يتطلب نقل البشر إلى القمر ثماني عمليات إطلاق منفصلة، حيث تجلب كل “سفينة فضائية ناقلة” متتالية الوقودَ إلى “سفينة الفضاء القمرية” التي تشق طريقها بعد ذلك إلى القمر بالمعدات العلمية والطاقم.
وقد بدأ العلماء الآن يحلمون بما قد تسمح لهم السفينة الفضائية بفعله. وفي وقت سابق من هذا العام، استكشفت ورقة علمية، نشرتها جنيفر هيلدمان من مركز أبحاث أميس التابع لوكالة ناسا، بعض الفرص العلمية التي قد تفتحها بعثات السفينة الفضائية إلى القمر والمريخ. وتتمثل إحدى الفوائد الكبيرة في أن السفينة الفضائية يمكن أن تحمل معدات كاملة الحجم من الأرض – لا حاجة لتصغيرها لتناسب مركبة أصغر، كما كان مطلوبا لمهام أبولو إلى القمر.
فعلى سبيل المثال، تقول هيلدمان: “يمكنك إحضار جهاز حفر. يمكنك الحفر لمسافة كيلومتر واحد، كما نفعل على الأرض”. ومن شأن ذلك أن يتيح وصولا غير مسبوق إلى المناطق الداخلية من القمر والمريخ، حيث يعتقد أن الجليد والموارد المفيدة الأخرى موجودة. ومن قبل، كانت مثل هذه الفكرة “مجنونة بعض الشيء”، كما تقول هيلدمان. ولكن مع السفينة الفضائية، “يمكنك القيام بذلك، ولا يزال لديك مجال لتجنيبه”، كما تضيف. “ماذا تريد أن تحضر أيضا؟”
ونظرا لأن السفينة الفضائية يمكن أن تهبط مرة أخرى على الأرض، فإنها ستتمكن أيضا – نظريا – من إعادة كميات هائلة من العينات. والحجم الهائل الذي يمكن إعادته، من مجموعة متنوعة من المواقع المختلفة، من شأنه أن يمنح العلماء على الأرض وصولا غير مسبوق إلى المواد خارج كوكب الأرض. وتقول هيلدمان إن ذلك يمكن أن يلقي الضوء على عدد لا يحصى من الألغاز، مثل التاريخ البركاني للقمر أو “مسألة الحياة وعلم الأحياء الفلكية” على سطح المريخ.
ويمكن للسفينة الفضائية أيضا تمكين المزيد من البعثات الباهظة إلى مواقع أخرى، إما عن طريق الإطلاق المباشر من الأرض أو ربما باستخدام القمر والمريخ كمحطات للتزود بالوقود، وهو مستقبل طموح تصوره رجل الأعمال اليون ماسك.
دعنا نذهب إلى كوكب نبتون
إحدى الأفكار، من مجموعة دولية من العلماء تسمى “كونيكس Conex” (بحوث الاستكشاف المفاهيمي Conceptual Exploration Research)، هي مركبة فضائية تسمى “أركانوم Arcanum”، والتي ستستفيد من قدرات السفينة الفضائية على الرفع الثقيل لاستكشاف كوكب نبتون وأكبر أقمارها، تريتون. وتمت زيارة كوكب نبتون مرة واحدة فقط، وهي زيارة طيران قامت بها المركبة الفضائية فوياجر 2 التابعة لوكالة ناسا في عام 1989، وما زلنا لا نعرف الكثير عنها. يقول جيمس ماكيفيت، الباحث في جامعة فيينا والقائد المشارك لشركة كونيكس: “لا أحد يفكر حقا في هذا المستوى التالي حول ما يمكن أن تمكنه السفينة الفضائية. هذا ما تم تصميم أركانوم لعرضه”.
وتزن المركبة الفضائية حوالي 21 طنا متريا، وستكون أثقل بأربع مرات من أكبر مسبار في الفضاء السحيق حتى الآن: مهمة وكالة ناسا ووكالة الفضاء الأوروبية كاسيني-هويجنز، التي استكشفت زحل من عام 2004 إلى عام 2017. ولا يمكن لأي صاروخ موجود (الآن) إطلاق مثل هذه المركبة حاليا، ولكن السفينة الفضائية ستجعل ذلك ممكنا. ويقول ماكفيت إن أركانوم سيكون له العديد من المكونات، بما في ذلك مركبة مدارية لدراسة كوكب نبتون، ومركبة هبوط لدراسة كوكب تريتون، ومخترق لضرب سطح كوكب تريتون و”إجراء تجربة زلزالية” لفهم جيولوجيته وهيكله. ويمكن أيضا تجهيز المهمة بتلسكوب، مما يسمح بإجراء دراسات للنظام الشمسي الخارجي والمساعدة في البحث عن الكواكب حول النجوم الأخرى.
والأفكار الأخرى أكثر تكهنية. فحسب فيليب لوبين، الفيزيائي من جامعة كاليفورنيا في سانتا باربرا، أنه يمكن استخدام صاروخ كبير بما فيه الكفاية، مثل السفينة الفضائية، لمنع كويكب من الاصطدام بالأرض. ويمكن لمثل هذه المهمة أن تحمل ما يكفي من المتفجرات لتمزيق كويكب كبير مثل الصخرة التي يبلغ عرضها 10 كيلومترات والتي قضت على الديناصورات. وستحترق شظاياه (الكويكب) – دون ضرر – في الغلاف الجوي قبل أن تتاح له الفرصة للوصول إلى كوكبنا.
ويمكن أن تكون السفينة الفضائية أيضا طريقة أفضل لإطلاق تلسكوبات فضائية عملاقة يمكنها مراقبة الكون. وحاليا، يجب إطلاق معدات مثل تلسكوب “جيمس ويب الفضائي” القادم التابع لوكالة ناسا ووكالة الفضاء الأوروبية مطويًا، وهو إجراء مكلف ومعقد وحساس يمكن أن يكون عرضة للخطأ.
وقد اقترحت وكالة ناسا أن تلسكوبا فائقا مقترحا يسمى “لوفوير LUVOIR” مصمما لتصوير الكواكب الشبيهة بالأرض حول نجوم أخرى يمكن أن يطلق على السفينة الفصائية، في حين قال ماسك إن سبيس إكس تعمل بالفعل على “مشروع مثير للاهتمام، وهو الحصول على تلسكوب كبير حقا، وأخذ عدسة كانت مخصصة لتلسكوب أرضي، وإنشاء تلسكوب فضائي معه”. غير أنه لم يتم الكشف عن أي تفاصيل أخرى بعد.
قل مرحبا للجيران
في أماكن أخرى، يحلم بعض العلماء باستخدام السفينة الفضائية للتحضير لزيارة نجوم أخرى. ويقول رينيه هيلر من معهد ماكس بلانك لأبحاث النظام الشمسي في ألمانيا وزملاؤه إن السفينة الفضائية يمكن أن تقدم طريقة منخفضة التكلفة لاختبار تقنيات المركبة الفضائية التي يمكنها السفر سنوات ضوئية متعددة إلى أنظمة النجوم المجاورة.
ويمكن للسفينة الفضائية إطلاق مركبة فضائية تعمل بالشراع في رحلة إلى المريخ، والتي ستستخدم ليزرا على متن الطائرة للدفع ضد شراع رقيق والوصول إلى سرعات لا تصدق، مما يتيح إجراء عرض توضيحي خارج مدار الأرض. ويقول هيلر: “إذا كانت سبيس إكس لطيفة بما يكفي لأخذ أحد أشرعتنا على متنها وإطلاقها في منتصف رحلتها إلى المريخ، فيجب أن نكون قادرين على متابعة تسارعها ومسارها عبر النظام الشمسي لبضعة أيام وتقريبا إلى مدار كوكب المشتري”.
وتشمل الأفكار الأخرى استخدام السفينة الفضائية لإرسال مسبار للدوران حول قمر المشتري البركاني “أيو Io”، وهي مهمة صعبة بدون قدرة رفع كبيرة. ويقول ألفريد ماكوين، جيولوجي الكواكب من جامعة أريزونا: “إنه أمر صعب للغاية بسبب الدخول إلى المدار وحماية نفسك من الإشعاع القاسي للمشتري. لكن الكتلة تساعد هذه الأشياء. يمكنك الحصول على الكثير من الوقود والتدريع الإشعاعي”.
ولمح ماسك أن سبيس إكس يمكن أن تطلق ما يصل إلى اثنتي عشرة رحلة تجريبية للسفينة الفضائية في عام 2022، مع وجود بعثات إلى القمر والمريخ في الأفق – والكثير من الإمكانات العلمية للتمهيد. وتقول مارغريتا مارينوفا، كبيرة مهندسي تطوير المريخ السابقة في سبيس إكس: “بمجرد أن تبدأ السفينة الفضائية في الطيران، سيكون التطوير سريعا جدا. سيكون هناك الكثير من الناس الذين سيكونون قادرين على الطيران بالأشياء”.
ويمكن أن تكون هذه أي شيء من البعثات المستقلة التي تستخدم السفينة الفضائية لركوب على طول لمهمات على بيان الطيران الحالي. وتضيف مارينوفا: “عندما يكون لديك قدرة 100 طن، فإن إضافة الأجهزة العلمية أمر سهل للغاية. إذا أراد شخص ما شراء مساحة الحمولة، فيمكنه الحصول على مساحة للحمولة. سيكون تغييرا جذريا حقا في كيفية قيامنا بالعلوم”.
وبالطبع، هناك أسباب وجيهة جدا لتوخي الحذر. فعلى الرغم من أن السفينة الفضائية قد حلقت في رحلات تجريبية بدون معزز ضخم، إلا أننا لم نشهد بعد الإطلاق الكامل للصاروخ. إنها آلة ضخمة ومعقدة للغاية لا تزال تواجه مشاكل في تطويرها. وكانت سبيس إكس وماسك أيضا في السابق متعجرفين (لوضعها بأدب) مع الجداول الزمنية والأهداف (كان من المفترض أن يتم إطلاق مهمة مقترحة إلى المريخ، التنين الأحمر، في وقت مبكر من عام 2018).
ولا تزال طريقة السفينة الفضائية المقترحة للوصول إلى القمر والمريخ، التي تعتمد على بعثات التزود بالوقود المتعددة في مدار الأرض، معقدة وغير مختبرة.
ومع ذلك، هناك أيضا الكثير من الأسباب للإثارة فيما يتعلق بما يمكن أن تفعله السفينة الفضائية إذا نجحت. فمن النظام الشمسي الداخلي إلى الخارجي، وربما خارجه، قد تفتح (السفينة الفضائية) حقبة جديدة تماما من علوم الفضاء. ويقول أبهيشيك تريباثي، عالم الفضاء من جامعة كاليفورنيا في بيركلي: “أنا متأكد من أن بعض الأشخاص الأذكياء جدا بدأوا يفكرون في إرسال بعثات علمية على متن سفينة فضائية”. أو كما قال ماسك: “إنه حقا كل ما يمكنك تخيله”.
*تمت الترجمة بتصرف
المصدر:
https://www.technologyreview.com/2021/12/07/1041420/spacex-starship-rocket-solar-system-exploration/
