التاريخ المسجل هذا الأسبوع في الفضاء

حدثت لحظة مهمة في تاريخ عصر الفضاء يوم الاثنين من هذا الأسبوع! نفذت شركة الإطلاق SpaceX هبوط المرحلة الأولى لمركبة إطلاق الأقمار الصناعية Falcon-9 لأول مرة أثناء إطلاق الأقمار الصناعية في مدارها، بنجاح كامل وفي موقع الهبوط المخصص في كيب كانافيرال

الكاتب: يوآف لاندسمان، صاحب المدونة الكتلة الحرجة، ظهر المقال لأول مرة على الموقع وعلى صفحة الفيسبوك "العلم الكبير في القليل"، ويتم نشره بموافقة الطرفين.

حدثت لحظة مهمة في تاريخ عصر الفضاء يوم الاثنين من هذا الأسبوع! نفذت شركة الإطلاق SpaceX هبوط المرحلة الأولى من منصة إطلاق الأقمار الصناعية Falcon-9 لأول مرة أثناء إطلاق الأقمار الصناعية في المدار، بنجاح كامل وفي موقع الهبوط المخصص في كيب كانافيرال.

لمصلحة أولئك الذين ليسوا مهتمين بشؤون الفضاء، فلنبدأ من البداية: مركبات الإطلاق هي الطريقة الوحيدة اليوم للوصول إلى المدار حول الأرض أو الذهاب أبعد إلى القمر والكواكب الأخرى وأي وجهة أخرى غير الأرض. حتى وقت قريب، كانت جميع شركات الإطلاق مملوكة بالكامل أو جزئيًا للحكومة لأنها أنشئت في الأصل لتلبية الاحتياجات الأمنية القائمة على التكنولوجيا المخصصة للأسلحة أو لإطلاق الأقمار الصناعية للاستخدام العسكري مثل أقمار التصوير الفوتوغرافي - واليوم، هناك بالفعل بدائل مملوكة للقطاع الخاص لـ إطلاق تطلق.

في العقدين الماضيين كان هناك طلب متزايد على الأقمار الصناعية التجارية. يقدم الفضاء لرواد الأعمال إمكانات تجارية في المجالات التي توجد فيها ميزة واضحة للارتفاع والسرعة والمرور فوق أي مكان على الأرض أو مزيج من الثلاثة معًا. أصبحت المجالات أكثر تنوعًا مع التطور التكنولوجي، واليوم يمكنك أن تجد استخدام الأقمار الصناعية لنقل الاتصالات من أي نوع (الإنترنت والتلفزيون والراديو والهاتف والمعلومات)، ورسم الخرائط لتخطيط المدن والمنشآت واسعة النطاق. البنية التحتية، والتنبؤ بالطقس، ومسح الأرض لتحديد المعادن للتعدين، وتحديد المواقع والإنقاذ، والملاحة الدقيقة، وإدارة الكوارث واسعة النطاق، والزراعة وحتى علم الآثار. بالنسبة لهواة الأرقام، فقد نما سوق صناعة الفضاء العالمي على مدى العقد الماضي من 60 في عام 2004 إلى أكثر من 200 مليار دولار سنويا في عام 2014.

تتيح خدمات الإرسال إمكانية إرسال حمولات عدة أطنان إلى طرق مختلفة مقابل 10-20 ألف دولار لكل كيلوغرام من البضائع (اعتمادًا على الشركة وبشكل أساسي على المسار المطلوب). فإذا كانت كتلة القمر الصناعي المتوسط ​​4 أطنان، فإن سعر الإطلاق كان حوالي 60 مليون دولار قبل تكاليف التأمين.

لم يظل السوق غير مبالٍ، كما أن تطور تقنيات الحوسبة والإلكترونيات الصغيرة اليوم يجعل من الممكن تصميم أقمار صناعية صغيرة تزن أقل وبالتالي تكون أقل تكلفة في الإطلاق. وتقوم شركات الإطلاق بتعديل نفسها وتسمح بإطلاق عدة أقمار صناعية صغيرة بدلاً من قمر صناعي واحد كبير، أو بالإضافة إليه. ولكن لا تزال تكاليف الإطلاق تطغى على الشركات الصغيرة التي لا تستطيع تحمل مثل هذه النفقات.

SpaceX هي أول شركة خاصة تجرأت على دخول هذا المجال بنية واضحة تتمثل في خفض أسعار الإطلاقات الفضائية. رؤيتهم بعيدة المدى للغاية - لتحويل البشرية إلى مجتمع متعدد الكواكب من خلال ملء المريخ. ولهذا سيكون من الضروري إطلاق الكثير من الحمولات الكبيرة إلى الفضاء، والطريقة لتحقيق ذلك هي خفض أسعار الإطلاق. أثبتت الشركة أنه في الواقع لا يوجد أي مبرر حقيقي لتكاليف الإطلاق وأنه يمكن خفض نسب كبيرة منها حتى قبل حدوث تغييرات تكنولوجية عميقة. ولهذا الغرض، قاموا أيضًا بتطوير محركات جديدة وأنظمة إلكترونيات طيران أصلية، وفي الواقع كل التطوير والإنتاج هم من نصيبهم باستثناء عدد قليل من المكونات هنا وهناك. وبدأوا في إطلاق الأقمار الصناعية عام 2010، بل وحصلوا على عقد كبير من وكالة ناسا لإطلاق الإمدادات إلى محطة الفضاء الدولية باستخدام المركبة الفضائية "دراجون"، التي طورتها شركة "سبيس إكس" لهذا الغرض. كان دخولهم إلى سوق الإطلاق ناجحًا للغاية لدرجة أن حجم الطلبات جعلهم من أكبر شركات تصنيع الصواريخ في العالم.

الخطوة التالية في خفض تكاليف الإطلاق هي إعادة استخدام مراحل الإطلاق. تأتي تكلفة الإطلاق من الحاجة إلى إنتاج منصة إطلاق جديدة لكل عملية إطلاق، لذا فلا عجب أن تكون الأعمال باهظة الثمن إلى حد الجنون. ففي نهاية المطاف، إذا كان من الضروري إنتاج طائرة جديدة لكل رحلة بين البلدان، فإن تذكرة الطائرة ستكلفنا ملايين الدولارات. وبحسب شركة SpaceX، تبلغ تكلفة إنتاج المرحلة الأولى من صاروخ Falcon-9 حوالي 60 مليون دولار، لذا يجب أن يغطي سعر الإطلاق هذه التكلفة على الأقل. تبلغ تكلفة وقود المرحلة الأولى 200 ألف دولار فقط (أقل 300 مرة!)، فإذا كان من الممكن إعادة المرحلة الأولى إلى موقع الإطلاق وتركيب مرحلة ثانية والأقمار الصناعية عليها وتزويدها بالوقود لكان من الممكن لتخفيض سعر الإطلاق بما يقارب 100 ضعف السعر الحالي!

يتطلب تصميم نظام المرحلة الأولى الذي يعود إلى الأرض نظام الجنيح، وغازًا للتوجيه، وأرجل الهبوط. بالإضافة إلى ذلك، يجب أن تحتوي على ما يكفي من الوقود لرفع المرحلة الثانية وحمولتها معظم الطريق إلى المدار، وكذلك لإبطاء السرعة العالية التي اكتسبتها وتقليل سرعة السقوط على الأرض، وإلا فسوف يتحطم. وتأتي هذه العوامل على حساب كتلة الحمولة التي تصل إلى المدار، ولكن من الواضح تمامًا أن الأمر يستحق كل هذا الجهد.

وتعمل شركة SpaceX أيضًا على إعادة المرحلة الثانية، حيث يوجد تحدي أكبر يتمثل في العودة من المدار والتعامل مع الحرارة عند دخول الغلاف الجوي.

كان من المفترض أن يكون عام 2015 عامًا خاصًا لشركة SpaceX. إطلاق كل شهر تقريبًا، وهو اختبار أولي لقاذفة Falcon-Heaved الجديدة، والتي تتكون فعليًا من ثلاث مراحل أولى من Falcon-9 جنبًا إلى جنب، واختبارات لهبوط المرحلة الأولى بأمان على سفينة سطح هبوط آلية مطورة لهذا الغرض ، مع فرص جيدة للنجاح خلال العام.

ثم - بعد 18 عملية إطلاق ناجحة (خط لا مثيل له من قبل قاذفات جديدة)، في 28 يونيو 2015، فشلت منصة الإطلاق Falcon-9 وانفجرت بعد حوالي 138 ثانية من الإطلاق نتيجة انهيار قضيب التسليح الذي كان يحمل خزان الهيليوم المثبت بداخله. خزان المرحلة الثانية للصاروخ المؤكسد. انهار القضيب عند خمس الحمولة التي تم تصميمه من أجلها، لذا من المحتمل أن يكون الفشل بسبب خلل في الإنتاج ومراقبة جودة المكون. دخلت شركة SpaceX في تعليق عمليات الإطلاق لمدة ستة أشهر بغرض التحقيق وتعلم الدروس وتطبيقها.

وفي أكتوبر، تم الإعلان أخيرًا عن الإطلاق من كيب كانافيرال بولاية فلوريدا، بعد حوالي ستة أشهر من الفشل. قد تتوقع من شركة عادية أن تقوم بعملية إطلاق متطابقة قدر الإمكان مع عملية الإطلاق الفاشلة لإثبات أن كل شيء عاد إلى طبيعته ويمكنك الاستمرار، لكن SpaceX ليست شركة عادية. تم شراء عملية الإطلاق المخطط لها من قبل شركة الاتصالات Orbcomm وتتكون الحمولة من 11 قمرًا صناعيًا مصممة للمدار المنخفض. حتى الآن يبدو الأمر عاديًا، ولكن بالإضافة إلى ذلك، تبين أنه عبارة عن صاروخ "فالكون 9" "مُحسّن"، بمرحلة ثانية ممدودة بمحرك قادر على توليد قوة دفع أقوى، ويعمل بالوقود الذي يتم تبريده إلى درجات حرارة أقل بكثير. أكثر من المعتاد، بحيث يمكن ضغط المزيد منها في الخزانات. في المجمل، من المقدر أنه سيتم تحسين الأداء بنسبة 30%، للسماح حتى في عمليات الإطلاق الأكثر قوة (على سبيل المثال إلى مدارات عالية)، بتوفير ما يكفي من الوقود لعودة المرحلة الأولى.

وفوق كل هذا، تمت إضافة الزينة إلى الكعكة: سيتضمن الإطلاق محاولة هبوط أخرى، هذه المرة على الأرض. حصلت SpaceX منذ عدة أشهر على موقع هبوط يسمى Landing Zone 1 (LZ-1) في كيب كانافيرال، حيث تم وضع منصات هبوط خرسانية كبيرة.

تم الإطلاق بنجاح في وقت مبكر من صباح اليوم، 22/12/2015 الساعة 03:29 بتوقيت إسرائيل، وكل ما حدث منذ تلك اللحظة (وفي الواقع قبلها بقليل) مستقل تمامًا، دون تدخل بشري. انفصلت المرحلة الأولى بعد حوالي دقيقتين ونصف على ارتفاع حوالي 80 كيلومترا وبسرعة 6,000 كيلومترا في الساعة. المرحلة الثانية شغلت المحرك واستمرت في الصعود واكتساب السرعة لدخول المدار، مع الابتعاد عن المرحلة الأولى.

استمرت المرحلة الأولى في الارتفاع بسبب سرعتها العالية، وبدأت بالدوران باستخدام محركات الغاز الصغيرة لتدير المحركات الرئيسية في الاتجاه المعاكس لسرعتها الأفقية. بعد حوالي 3:50 دقيقة من الإطلاق، تم تنشيط ثلاثة من محركات المرحلة الأولى مرة أخرى لإبطاء سرعة طيرانها وإعادتها إلى موقع الهبوط.

عند مرحلة ذروة الارتفاع، على ارتفاع حوالي 210 كيلومترات فوق الماء أمام كيب كانافيرال، بدأت المرحلة الأولى بالسقوط الحر، الذي يتم تثبيته في الهواء الرقيق للغلاف الجوي عن طريق أربع زعانف شبكية (Grid Fins) في الجزء العلوي. جزء. يوجه جهاز الإطلاق نفسه بدقة نحو موقع الهبوط، ولكنه يتسارع نحو الأسفل بسبب الجاذبية. وعلى ارتفاع 72 كيلومترا تقريبا، تم تفعيل المحركات الثلاثة مرة أخرى لإبطاء سرعة السقوط. وتم إيقاف المحركات مرة أخرى على ارتفاع حوالي 40 كم. وقبل نحو 30 ثانية من ملامسة الأرض، تم تشغيل المحركات للمرة الأخيرة، مما سمح للمشاهدين برؤية المسرح رغم الظلام. قامت الزعانف بتوجيه القاذفة فوق موقع الهبوط المقصود، أعلى علامة X مباشرةً في وسطها. وقبل ثوانٍ من ملامسة الأرض، تم نشر أرجل الهبوط، لتمتص وتقيّد قوة الاصطدام بالسطح الخرساني، وبعد ذلك يتم إيقاف تشغيل المحركات.

ما حدث في الدقائق التالية هو هتافات فرح وإثارة من جميع موظفي SpaceX وجميع عشاق الفضاء في العالم أجمع. وليس من أجل لا شيء. ويعد هذا الحدث معلما كبيرا على طريق البشرية إلى الفضاء. لا أقل من ذلك.

ظلت طرق الإطلاق إلى الفضاء ثابتة لعقود من الزمن. يتم تنفيذ معظم عمليات الإطلاق باستخدام بقايا الحرب الباردة. الصناعة تقليدية للغاية ولا تحب التغيير رغم أن السوق يتطلب التغيير ويحتاج إلى التغيير. هذا هو وجه "الفضاء الجديد"، والتطور التكنولوجي في مجالات الحوسبة والإلكترونيات والبصريات لا يحتمل أن يُداس عليه بدلاً من المجالات الأخرى. إن التخفيض الكبير في أسعار الإطلاق سيجعل المساحة متاحة حتى للشركات الصغيرة، وفي الوقت نفسه للأشخاص الذين ليسوا على قائمة الأغنى.

لا يزال اليوم بعيدًا عندما نتمكن من العثور على وظيفة واعدة على المريخ والهجرة إليه، لكن هل تعلم؟ وليس بالضرورة أن يكون ذلك في الأفق. حتى لو لم نتمكن من القيام بذلك، هناك فرصة جيدة أن نرى الآخرين يصلون إلى هناك. هناك شيء نتطلع إليه، وهذا ليس شعورًا شائعًا في هذا الوقت.

للإبلاغ عن بي بي سي: http://goo.gl/rmpdlB

للحصول على معلومات على موقع العلوم